儀器精度理論

前言

　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在世界各國(guó)，對(duì)誤差和儀器精度理論的研究越來越受到人們的高度重視。這是由于當(dāng)今世界處于信息時(shí)代，測(cè)試技術(shù)作為信息科學(xué)的源頭和重要組成部分備受青睞，信息提取的準(zhǔn)確性、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐中大量數(shù)據(jù)信息的合理處理和科學(xué)評(píng)價(jià)都顯得越來越重要，同時(shí)對(duì)儀器精度的要求也越來越高。長(zhǎng)春理工大學(xué)根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的要求，自1962年以來陸續(xù)在研究生中開設(shè)了“儀器精度理論”課，在本科生中開設(shè)了“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課和“儀器精度分析”課，并由毛英泰教授編寫了《誤差理論與精度分析》教材，畢業(yè)生在工作中深受裨益。本書就是在此基礎(chǔ)上，吸取兄弟院校教材的長(zhǎng)處，經(jīng)過長(zhǎng)期的教學(xué)和科研實(shí)踐編寫的?！　”窘滩呢瀼亍笆晃濉眹?guó)防特色學(xué)科專業(yè)教材建設(shè)的精神，適應(yīng)21世紀(jì)軍工科技人才培養(yǎng)的需要，力求結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容準(zhǔn)確、知識(shí)更新、理論與實(shí)踐結(jié)合，反映了課程體系改革的成果，引用了現(xiàn)代國(guó)防科研的新技術(shù)和新成果。本書的特點(diǎn)是，系統(tǒng)闡述了誤差理論和儀器精度設(shè)計(jì)的基本概念、基本理論和基本方法，以及它們?cè)谟?jì)量測(cè)試、兵器試驗(yàn)和儀器設(shè)計(jì)及精度評(píng)價(jià)等方面的應(yīng)用，并將儀器精度理論同產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝校、測(cè)試、鑒定等結(jié)合起來，成為一個(gè)體系?！　∪珪卜?6章。第1章至第8章為誤差理論部分，其內(nèi)容包括：誤差和精度的基本概念，誤差分布，隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差，粗大誤差，誤差傳播與誤差合成，測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定，最小二乘法；第9章至第16章為儀器精度理論部分，其內(nèi)容包括：儀器精度的基本概念，儀器精度評(píng)定方法，精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精度，傳動(dòng)與變換機(jī)構(gòu)精度，光學(xué)系統(tǒng)及其元件精度分析，儀器電子系統(tǒng)精度分析，儀器總體精度設(shè)計(jì)及典型儀器的精度分析。通過本教材的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本上可以對(duì)各類光電檢測(cè)儀器、精密儀器以及設(shè)備中的光學(xué)、機(jī)械、電控系統(tǒng)精度和儀器總體精度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，也可對(duì)各種檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量精度分析與計(jì)算，并為儀器的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)與鑒定提供依據(jù)。

內(nèi)容概要

本書主要內(nèi)容包括誤差理論與儀器精度兩部分。誤差理論部分主要闡述了誤差和精度的基本概念，誤差的概率分布，隨機(jī)誤差的基本特性，等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量中隨機(jī)誤差的估計(jì)，誤差的置信區(qū)間，系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因、分類、發(fā)現(xiàn)的方法以及減小和消除系統(tǒng)誤差的方法，粗大誤差的判別準(zhǔn)則，誤差的傳遞與誤差的合成，測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定及數(shù)據(jù)處理的最小二乘法。儀器精度部分主要闡述的是儀器精度的參數(shù)、特性及精度指標(biāo)，儀器靜態(tài)精度的評(píng)定方法，儀器動(dòng)態(tài)精度的估計(jì)，機(jī)械系統(tǒng)中典型機(jī)構(gòu)的精度分析，光學(xué)元件及系統(tǒng)的精度分析，電氣系統(tǒng)的精度分析，儀器總體精度設(shè)計(jì)的步驟，精度分配，精度分析的方法，儀器的精度計(jì)算方法以及提高儀器測(cè)量精度的措施，并給出電子經(jīng)緯儀、光電坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、萬能工具顯微鏡三種軍民兩用的精密儀器的精度分析實(shí)例。    本書知識(shí)較新，結(jié)構(gòu)合理，理論聯(lián)系實(shí)際，可作為高等院校光學(xué)工程、儀器科學(xué)與技術(shù)、機(jī)電類專業(yè)的本科生和研究生教材，也可供有關(guān)科研生產(chǎn)部門工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

上篇  誤差理論　第1章　誤差和精度的基本概念  　1.1　研究誤差理論的意義    　1.1.1　研究誤差的重要意義    　1.1.2　誤差理論的基本任務(wù)    　1.1.3　誤差理論的實(shí)際應(yīng)用    1.2　誤差    　1.2.1　誤差的定義　    1.2.2　誤差的來源　    1.2.3　誤差的表示方法　    1.2.4　誤差的分類  　  1.2.5　系統(tǒng)誤差和修正值    1.3　精度    　1.3.1　精度的一般含義　    1.3.2　精度的具體含義　    1.3.3　精度的其他含義  　  1.3.4　分辨力與精密度和準(zhǔn)確度的關(guān)系    1.4　測(cè)量的基本問題    　1.4.1　測(cè)量與測(cè)量過程　    1.4.2　測(cè)量方法的分類　    1.4.3　測(cè)量要素  　  1.4.4　測(cè)量誤差處理中應(yīng)注意的問題　第2章　誤差分布    2.1　測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)特性  　  2.1.1　測(cè)量值點(diǎn)列圖　    2.1.2　統(tǒng)計(jì)直方圖和概率密度分布圖    　2.1.3　測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì)分布的特征值  　2.2　常見誤差分布    　2.2.1　正態(tài)分布　    2.2.2　其他常見誤差分布  　  2.2.3　常用的統(tǒng)計(jì)量分布　  2.3　誤差分布的分析與檢驗(yàn)  　  2.3.1　誤差分布的分析判斷    　2.3.2　誤差分布的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)　第3章　隨機(jī)誤差  　3.1　隨機(jī)誤差概述　    3.1.1　隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因  　  3.1.2　隨機(jī)誤差的基本特性    3.2　算術(shù)平均值    　3.2.1　算術(shù)平均值原理　    3.2.2　算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差    3.3　標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算方法  　  3.3.1　貝塞爾公式　    3.3.2　極差法  　  3.3.3　最大誤差法    3.4　置信區(qū)間    　3.4.1　正態(tài)分布的置信區(qū)間　    3.4.2　t分布的置信區(qū)間  　  3.4.3　其他分布的置信區(qū)間    3.5　不等精度測(cè)量時(shí)隨機(jī)誤差的估計(jì)    　3.5.1　權(quán)的概念及權(quán)的確定方法　    3.5.2　加權(quán)算術(shù)平均值  　  3.5.3　加權(quán)算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差　第4章　系統(tǒng)誤差    4.1　系統(tǒng)誤差概述    　4.1.1　研究系統(tǒng)誤差的重要意義  　  4.1.2　系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因　    4.1.3　系統(tǒng)誤差的分類　　……　第5章　粗大誤差　第6章　誤差傳播與誤差合成　第7章　測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定　第8章　最小二乘法下篇　儀器精度附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　上篇　誤差理論　　第1章　誤差和精度的基本概念　　1.1　研究誤差理論的意義　　1.1.1　研究誤差的重要意義　　人們?cè)谏a(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，不斷地探索和揭示客觀世界的規(guī)律，其方法有兩種，一是理論分析的方法，二是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法，并且常常需要極其精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，以希望得到?jīng)]有誤差的測(cè)量結(jié)果。因?yàn)檎`差會(huì)在一定程度上歪曲客觀事物的規(guī)律性?！　?shí)驗(yàn)測(cè)量的研究方法是極為重要的。著名科學(xué)家門捷列夫說：“科學(xué)始于測(cè)量?！睂?shí)驗(yàn)研究不僅能定性地驗(yàn)證理論分析的正確性，而且能夠定量地驗(yàn)證理論研究結(jié)果的正確性和可靠程度，并且能夠極其精確地測(cè)定出許多理論公式中的待定常數(shù)，例如偉大物理學(xué)家愛因斯坦著名的相對(duì)論，直至1919年英國(guó)天文學(xué)家利用日食進(jìn)行的天文觀測(cè)才得到證實(shí)。根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論，光速是宇宙間的最高速度。然而，有些科學(xué)家經(jīng)過多年的精細(xì)觀測(cè)，提出了可能存在超光速的所謂“快子”。為什么要花許多年的時(shí)間進(jìn)行辛勞的測(cè)量呢?因?yàn)檎`差可能歪曲事實(shí)，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，研究誤差的來源及其規(guī)律性，減小和盡可能地消除誤差，以得到精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，對(duì)于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是非常重要的?！　∵h(yuǎn)在伽利略時(shí)代，伽利略就研究提高物理實(shí)驗(yàn)的精確性。以后，法國(guó)數(shù)學(xué)家列朗德爾和德國(guó)數(shù)學(xué)家、測(cè)量學(xué)家高斯在天體運(yùn)行軌道的理論研究中，都提出了用最小二乘法來處理觀測(cè)結(jié)果，奠定了誤差理論的基礎(chǔ)。

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