厚度误差对THz-TDS的测量不确定度分析

阐述了基于菲涅尔公式的透射式太赫兹时域光谱系统提取样品光学常数的方法和原理,分析了样品厚度误差对THz-TDS测量不确定度的影响,并建立了相应的不确定度模型。进行太赫兹时域光谱测量实验,提取硅片在太赫兹波段的折射率,并计算了误差对提取样品折射率的影响。结果表明,随着厚度误差的增大,系统测量偏差也随之增大。对于较厚样品,相同厚度误差对其测量结果影响较小。样品厚度为994μm时,在厚度存在1μm的测量误差情况下,系统测量折射率的偏差为0.001 2,接近模型的仿真值。实验结果验证了厚度误差对测量不确定度模型的有效性,了解了厚度误差对系统测量结果的影响情况,对测量过程及结果分析具有一定的指导意义。     

延迟线位置偏差对太赫兹时域光谱系统的测量不确定度影响分析

太赫兹时域光谱技术可以快速准确地提取材料在太赫兹波段的光学常数。然而,其各组成部分在控制精度、响应误差、系统噪音以及实验操作、数据处理等方面的误差,将影响系统对材料光学常数提取的准确性。基于透射式太赫兹时域光谱系统的测量原理,分析了系统延迟线位置偏差对提取材料复折射率准确度的影响,建立了误差在样品测量过程中的传递模型,并利用MATLAB仿真了误差对提取样品复折射率影响。结果表明,样品折射率和消光系数的不确定度受到了系统延迟线位置偏差的影响,且系统延迟线位置偏差越大,样品的复折射率提取的不确定度也就越大。同时,相比消光系数,延迟线位置的偏差对样品折射率的不确定度具有更大的影响。该模型具有一定的实际意义和理论参考价值,可分析系统延迟线位置偏差对太赫兹时域光谱系统提取材料光学常数不确定度的影响,为优化太赫兹时域光谱系统提供理论指导。     

牛顿环实验数据处理——应用误差估算和不确定度评定两种评价体系

应用逐差法处理实验数据,可以充分利用测量数据,减小误差,提高实验数据的精确性。因此,逐差法在物理实验中被广泛采用。本文以牛顿环实验为例,在逐差法的基础上,利用误差处理和不确定度估算两种评定方法进行数据分析和处理,比较和探讨了两种评价体系对实验结果的影响,从而帮助实验工作者在数据处理中更好地理解和应用这两种评价方法。     

基于Bootstrap方法的鬼成像系统图像信息重构不确定度估计

提出使用统计分析中的Bootstrap方法对鬼成像中图像信息重构的不确定度进行估计。仿真结果表明,Bootstrap方法估计的标准误差分布图与强度关联重构的标准误差理论计算结果一致;用标准Bootstrap方法估计的标准误差和置信区间分布能够很好地解释压缩感知算法得到的重构结果误差,并且使用相应的Bootstrap方法的变种能够更为准确地描述从原始样本中重构图像信息的偏差和绝对误差。所提方案适用于估计无真实参考图像的实际应用场景的重构图像的不确定度。     

旋转液体特性实验测量重力加速度不确定度研究

重力加速度测量实验是大学生物理实验必修课实验内容之一,在实验过程中由于仪器使用不当或操作不正确,在计算结果时存在不同的偏差。不确定度是衡量测量精度的重要指标,本文计算了三种不同情况测量重力加速度时的不确定度,主要考虑了激光照射透明挡板的角度r、激光垂直入射点的偏差Δx和激光垂直入射方向的偏差β对重力加速度的不确定度。通过计算,当透明挡板向上/下偏移的角度为5°时,不确定度为1.496 3 m/s~2;当激光向左/右偏移5 mm时,不确定度为1.0044 m/s~2;当激光向左和向右偏移的角度为5°时,不确定度分别为1.551 5 m/s~2和1.250 8 m/s~2。本文可为减小旋转液体测量重力加速度误差提供理论依据。     

基于新型复合齿轮线结构光的齿廓测量及其不确定度的评定

齿轮齿廓偏差是齿轮检定中的重要参数之一。文章采用新型复合齿轮线结构光测量系统,对一级标准(u=1μm,k=3)齿轮渐开线样板的齿廓进行了测量,从机、热、光、电等多个方面分析了测量误差的来源,并以JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与指南》为基础,评定了用该系统测量齿轮齿廓偏差的不确定度。研究表明,用该测量系统测量齿轮齿廓时存在误差,包括:仪器测量重复性误差、渐开线样板标准量误差、样板线膨胀误差、顶尖同轴度误差、齿轮安装偏心误差、线结构光系统误差等,其中CCD相机标定误差、结构光视觉模型标定误差以及线结构光光条中心检测误差所引起的合成标准不确定度为0.98μm,是新型复合齿轮线结构光测量系统误差的主要来源,并通过分析计算得到该测量系统扩展不确定度为2.3μm(k=2),可以满足测量精度在2.3μm以上的齿轮测量。     

冷却法测量金属比热容实验中减少加热时间的可行性分析

实验中不同的加热时间会导致样品被加热后达到的最高温度不同,通过两组样品实验数据分析发现实验结果的百分偏差与样品被加热到的最高温度并没有直接关联,同时进一步证明了本实验不确定度的主要来源是测量降温时间产生的计时误差。因此,通过适度的减少加热时间降低样品被加热到的最高温度来减少实验的耗时是一种可行的方案。     

倾斜波面干涉仪中光纤阵列型点源发生器的光程误差标定方法

分析了光纤阵列型点源发生器相对于透镜阵列型点源发生器的优势。针对光纤阵列型点源发生器各光纤出射光束之间存在初始光程差的问题,提出了基于马赫-曾德尔全光纤干涉仪和小数重合法的光程差检测方法。测量各光束间的光程差并将其引入到倾斜波面干涉系统的误差模型中,以消除其对被测件面形偏差解算的影响。结果表明,该检测系统的测量不确定度为0.07λ_3(λ_3=632.8nm)。分别使用基于光纤阵列的倾斜波面干涉系统和ZYGO干涉仪对抛物面镜片进行测量,二者获得的面形偏差结果一致。     

XRF熔融法测定重晶石中BaO和SiO2含量的不确定度评定

对X射线荧光光谱（XRF）熔融法测定重晶石中BaO和SiO2的不确定度产生原因进行了分析,并用实例对其不确定度结果进行了仔细的评定,给出了测量结果的扩展不确定度值,为建立有效的质量控制方法提供科学依据.计算结果显示,该方法准确度高,不确定度来源主要是标样偏差和曲线拟合偏差.     

基于蒙特卡罗法的平面度测量不确定度评定

形位误差的测量不确定度评定是目前测量领域研究的热点;但由于其测量的复杂性和测量结果评定的多样性,导致在实际测量结果中形位误差测量的不确定度评定成了难题;为此,根据形状误差评定准则,选取最小二乘法建立数学模型,确定形状误差数学模型中各参数值的传递系数和单点不确定度,并分析具体的测量方法和测量过程中的不确定度来源,根据传统的GUM法对其进行不确定度评定;然后采用蒙特卡罗伪随机数的方法来模拟实际测量数据,从而得到平面度误差的不确定度;通过设置实验对比,验证了蒙特卡罗法评定平面度不确定度的可靠性和准确性;该方法不需要求出数学模型中的传递系数,利用MATLAB软件很容易实现,为平面度误差测量结果不确定度评定提供了更加简便的方法,值得推广和应用。     

机械加工塑料齿廓偏差影像法测量及抽样特性

应用影像法,对机械加工的渐开线塑料齿轮齿廓偏差进行测量。由于塑料齿轮在机械加工中受机械应力和热应力影响较大,而导致齿廓应变较大,为精确反映塑料齿轮的齿廓偏差,并判定塑料齿轮齿廓公差的精度等级,对测量中出现的回转偏心误差、回转分度误差、瞄准示值误差和重复性测量误差进行了不确定度的A类和B类综合评定。并通过统计控制方法中的极差控制图进行分析,得到相同的评定结果。利用对塑料齿轮单齿齿廓偏差的检验,结合随机抽样检验的原理,对塑料齿轮齿廓精度等级进行了判定。最终得出机械加工塑料齿轮,齿形误差较大,超出国标中规定的齿轮精度等级的范围,适合实验室模型展示而不适合用作工业齿轮的结论。     

谱线漂移对星载成像光谱仪辐射测量精度的影响

分析了谱线漂移在地面辐射定标、星上辐射定标和在轨对地观测等环节对成像光谱仪辐射测量的影响,建立了从实验室辐射定标到星上辐射定标再到在轨对地观测全过程的辐射传递模型,并通过仿真分析求解了成像光谱仪入瞳处辐射测量不确定与谱线漂移之间的关系。结果表明,谱线漂移导致的辐射测量误差与谱线漂移量和入瞳辐亮度的分布梯度成正比;光谱带宽偏差对测量精度的影响程度较中心波长误差高一个数量级。对于可见近红外(VNIR)波段平均光谱带宽10 nm、短波红外(SWIR)波段平均光谱带宽20 nm的典型成像光谱仪,要保证谱线漂移引起的辐射测量不确定度小于6%,实现成像光谱仪在轨观测时入瞳处的辐射测量绝对精度优于10%,可见近红外波段中心波长偏差应不大于2 nm,光谱带宽偏差应不大于0.1 nm,短波红外波段中心波长偏差应不大于3 nm,光谱带宽偏差应不大于0.1 nm。     

基于EXCEL的微小厚度测量结果不确定度的评定

大学物理实验中,测量值的不确定度评定成为测量系统最基本也是最重要的特征指标。EXCEL作为一款数据处理软件,具有强大的数据分析、处理功能。本文就劈尖干涉实验采集的原始数据使用EXCEL进行数据分析,给出了实验结果不确定度评定,编译制作了一款微小厚度测量结果不确定度的评定软件,为大家处理实验数据提供方便。     

大学物理实验中误差理论教学的几点考虑

在大学物理实验教学中,非随机性误差和不确定度的B类分量是分析和评定的难点内容,结合我校多年实验教学经验,提出几点教学建议。并指出在测量结果中应使用扩展不确定度。     

高速扫描相机时间测量不确定度分析

以国内普遍使用的SJZ-30型高速扫描相机为例,用精测转速方法的结果处理数据,转速测量相对合成不确定度小于0.1%,时间间隔测量的相对扩展不确定度为0.2%.扫描速度在像面上的位置误差,采用"中值扫描速度",可予以校正.同时讨论了进一步降低转速测量不确定度和位置误差的方法.     

基于非线性最小二乘法的条纹相机标定数据处理方法

 使用基于非线性最小二乘法的方法处理扫速标定数据,获得了条纹相机的全屏扫速数据,消除了扫速非线性和空间畸变对测量结果的影响。该方法的不确定度约为0.04%,远小于条纹相机的系统误差。利用该方法得到了各个像素对应的扫速,其不确定度约为1.5%,显著减小了条纹相机测量结果的误差。     

Matlab软件和逐差法在拉伸法测量杨氏模量中的应用

拉伸法可以测量金属丝的杨氏模量,本文使用逐差法处理实验数据以减小实验中的随机误差和仪器误差。实验中测量的物理量较多,人工处理数据比较繁琐,且容易出错。因此,本文使用Matlab软件和逐差法处理数据。把测量的实验数据和仪器不确定度输入Excel表格中,然后把excel文件引入到Matlab软件中,运行逐差法计算的程序后可以直接得到金属丝的杨氏模量,以及测量的百分差和相对不确定度,处理过程快捷精确。     

用于非球面检测的计算全息设计及其精度分析

介绍了用于非球面检测计算全息(Computer-generated hologram,CGH)的设计方法和步骤,对CGH位相分布求取、载频选取、CGH与干涉仪配合校准所涉及的关键问题展开了讨论,提出了一些全新的设计理念和方法。从理论上定量分析了CGH片基面型误差、全息图样偏差、刻蚀深度不均匀性和线宽不均匀性对再现波面的影响,得出了相应的误差公式指导计算全息元件加工环节的公差分配。给出了一个设计实例,检测不确定度达到λ/20。     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

浅议物理实验测量误差和不确定度的异同

针对物理实验结果表示中学生难以理解的不确定度概念,详细阐述了误差和不确定度的基本定义,对二者之间的区别和联系进行了具体分析,使测量结果不确定度表达在定义上更加有着清晰的物理意义。