光学测量
光学测量及其应用知识点
光学测量及其应用知识点
光学测量是一种利用光学原理进行测量的方法，广泛应用于工
程领域中。
以下是光学测量及其应用的一些基本知识点：
1.光学测量基础
光学测量基于光的传播和反射原理，通过测量光的特性来获取
目标物体的相关信息。
常见的光学测量方法包括光线法、自动对焦、相位差法等。
2.直接测量和间接测量
光学测量可以分为直接测量和间接测量。
直接测量是通过直接
测量光的特性，如光线的强度、颜色等来获得目标物体的相关参数。
间接测量是通过测量光线的反射、折射以及干涉等现象来推导目标
物体的参数。
3.光学测量的应用
光学测量在工程领域有着广泛的应用。
以下是一些光学测量的应用领域：
3.1.制造业中的应用
光学测量在制造业中有着重要的应用，用于测量产品的尺寸、形状等参数。
例如，在汽车制造过程中，光学测量可以用于检测车身的平坦度、形状偏差等。
3.2.非接触性测量
光学测量具有非接触性的特点，可以应用于对被测对象表面的非破坏性测量。
这在一些精密仪器的制造和质量控制过程中非常重要。
3.3.精度测量
光学测量可以实现高精度的测量，对于一些需要高精度的工程项目非常重要。
例如，在航天器制造中，光学测量可以用于测量器件的尺寸和形状，确保其符合设计要求。
总结
光学测量是一种基于光学原理的测量方法，具有广泛的应用领域。
光学测量在制造业中起着重要的作用，可以应用于非接触性测量和高精度测量等领域。
对于工程领域的研究和应用而言，光学测量是一项重要的技术和工具。
光学测量方法
光学测量方法光学测量方法是一种利用光学原理进行测量和检测的技术手段。
它通过使用光线与被测量对象相互作用，利用光的传播和反射特性来获取被测量对象的信息。
光学测量方法在科学研究、工业制造和生命科学等领域具有广泛应用。
本文将介绍几种常见的光学测量方法，包括激光测距、衍射测量和干涉测量。
一、激光测距激光测距是一种利用激光束测量距离的方法。
其原理是将激光束发射到被测量对象上，通过测量激光束的发射和接收时间差来计算出距离。
激光测距具有高精度、长测距范围和非接触性的特点，广泛应用于建筑、制造业和地理测量等领域。
二、衍射测量衍射测量是一种利用光的衍射现象进行测量的方法。
当光通过物体边缘或孔径时，会发生衍射现象，产生衍射图样。
通过观察和分析衍射图样，可以获得被测量对象的信息，如物体的大小、形状和表面粗糙度等。
衍射测量广泛应用于光学显微镜、天文望远镜和X射线衍射仪等领域。
三、干涉测量干涉测量是一种利用光的干涉现象进行测量的方法。
当两束或多束光线相交时，会产生干涉现象。
通过观察和分析干涉图样，可以获取被测量对象的信息，如厚度、形状和折射率等。
干涉测量具有高精度和高灵敏度的特点，广泛应用于表面质量检测、光学薄膜测量和光学干涉仪等领域。
四、光学相干层析成像光学相干层析成像是一种利用光学相干层析技术进行图像重建的方法。
它通过使用干涉测量原理，测量多个方向上的光学干涉信号，并通过计算重建出被测量对象的三维结构图像。
光学相干层析成像具有非破坏性、高分辨率和无需标记的优点，广泛应用于医学影像学、材料检测和生物医学等领域。
总结：光学测量方法是一种利用光学原理进行测量和检测的技术手段。
激光测距、衍射测量、干涉测量和光学相干层析成像是常见的光学测量方法。
它们各自具有不同的原理和应用领域，可以满足不同需求的测量和检测任务。
随着科学技术的不断发展，光学测量方法将在更多领域发挥重要作用，推动科学研究和工业制造的进步。
常用的光学测量技术
常用的光学测量技术引言光学测量技术是一种利用光的特性进行测量和检测的方法。
它广泛应用于各个领域，如工业制造、生物医学、环境监测等。
本文将介绍一些常用的光学测量技术，包括激光干涉仪、激光雷达、拉曼光谱等，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 激光干涉仪1.1 原理激光干涉仪是一种基于干涉原理的测量技术。
它利用激光束在空间中的干涉现象来实现对物体形状、表面粗糙度等参数的测量。
激光干涉仪通常由激光器、分束器、反射镜和探测器等组成。
当激光束经过分束器后，被分成两束相干的激光束，分别照射到待测物体上并经过反射后再次汇聚在一起。
根据两束激光束之间的相位差，可以推断出待测物体的形状或表面粗糙度。
1.2 应用激光干涉仪广泛应用于工业制造领域，如机械加工、零件测量等。
它可以实现高精度的形状测量，对于需要进行精细加工的零件，可以提供重要的参考数据。
此外，激光干涉仪还可用于非接触式测量，避免了传统测量方法中可能出现的损伤和污染问题。
2. 激光雷达2.1 原理激光雷达是一种利用激光束进行距离测量和三维重建的技术。
它通过发射脉冲激光束并测量其返回时间来计算物体与传感器之间的距离。
同时，根据激光束的方向和角度信息，可以获取物体在三维空间中的位置。
激光雷达通常由激光发射器、接收器、扫描机构和数据处理单元等组成。
通过不断地改变扫描角度和方向，可以获取目标物体在空间中的完整信息。
2.2 应用激光雷达广泛应用于地理测绘、自动驾驶、机器人导航等领域。
它能够实现高精度的距离测量和三维重建，对于需要获取目标物体准确位置信息的应用场景非常有价值。
例如，在自动驾驶中，激光雷达可以提供周围环境的空间结构和障碍物信息，帮助车辆进行精确的导航和避障。
3. 拉曼光谱3.1 原理拉曼光谱是一种分析物质成分和结构的技术。
它利用激光与样品相互作用后产生的拉曼散射光来获取样品的分子振动信息。
拉曼散射光与入射激光之间存在一定的频率差，称为拉曼频移，该频移与样品分子的振动特性密切相关。
光学测量方法
光学测量方法
光学测量方法是利用光学原理和设备进行物体尺寸、形状、位移、形变等参数的测量和分析的方法。
常见的光学测量方法包括以下几种：
1. 光学显微镜：利用光线的折射和反射原理，通过光学显微镜观察物体的形状、表面状况、颗粒分布、光学结构等细节信息。
2. 干涉测量法：利用光波的干涉现象进行测量。
包括菲涅尔衍射、弗洛涅尔衍射、迈克耳逊干涉等方法，可以精确测量物体的表面形貌、薄膜厚度等。
3. 拉曼光谱：通过激发物质分子的振动、转动等产生的光子能级变化，分析物质的组成和结构。
4. 光学屈光度测量：用于测量透明介质的折射率、光的传播速度等光学参数。
包括测量透镜、眼镜、晶体等的折射率和光学效应。
5. 光散射和荧光：通过测量光的散射、吸收和发射特性，分析物体的粒径分布、浓度、化学成分等信息。
常见的方法有动态光散射、静态光散射、拉曼散射等。
6. 光学干涉测量：通过利用光波的干涉现象，测量物体的位移、形变等信息。
包括Michelson干涉仪、白光干涉仪、激光干涉
仪等方法。
7. 光学投影测量：利用光学的成像原理，将物体的形状、尺寸投影到屏幕上的方法。
常见的方法有透视投影、正投影等。
以上是一些常见的光学测量方法，每种方法都有其特点和适用范围，具体的选择需要根据测量对象的性质和要求来确定。
光学测量原理和技术
光学测量原理和技术光学测量是利用光的特性进行测量的一种方法，广泛应用于工程领域、科学研究和医学等领域。
它通过利用光的传播速度、衍射、干涉、折射等原理，获得被测物体的各种参数，如尺寸、形状、速度、光学性质等。
本文将对光学测量的原理和常用的技术进行详细介绍。
光学测量的原理主要包括光的传播速度、干涉、衍射和折射等。
首先是光的传播速度原理。
光的传播速度是一个常数，通常在空气中为光速的近似值。
利用这一特性，可以通过测量光的传播时间来求得被测物体的距离。
这种方法常用于测量地理位置、道路长度等。
其次是干涉原理。
干涉是指两束或多束光相遇而产生干涉条纹的现象，常用于测量光的波长、被测物体的薄膜厚度等。
例如，杨氏干涉仪利用光的干涉原理测量光的波长。
Michelson干涉仪可以测量被测物体的位移。
再次是衍射原理。
衍射是指光通过物体边缘或孔隙时发生弯曲和散射的现象。
利用衍射原理，可以测量光的孔径、散斑、物体的形状等。
例如，通过测量衍射现象的图案特征可以推断物体的形状和大小。
最后是折射原理。
折射是指光从一种介质进入另一种介质时发生的方向变化。
利用折射原理，可以测量介质的折射率、曲率半径等。
例如，通过测量光经过透镜、棱镜等光学元件后的光线偏折角度可以计算出介质的折射率。
光学测量的技术主要包括激光测距、光栅测量、干涉测量、像散测量和光学断层扫描等。
激光测距技术是一种利用激光测量距离的方法。
利用激光器发射一束高度聚焦的激光束，测量激光束从发射到接收的时间差来计算出距离。
激光测距技术具有高精度、快速的特点，广泛应用于建筑测量、工业制造等领域。
光栅测量技术是利用光栅来测量物体位置和尺寸的方法。
光栅是一种具有规则周期结构的透明介质，在光线的照射下会产生明暗间断交替的光斑。
通过测量光栅上的光斑变化的位置和间距，可以计算出被测物体的位置和尺寸。
干涉测量技术是利用干涉现象进行测量的方法。
常见的干涉测量技术包括干涉仪、干涉计、Michelson干涉仪等。
大学光学测量实验报告
一、实验目的1. 了解光学测量的基本原理和常用方法。
2. 掌握光学仪器的基本操作和调节技巧。
3. 通过实验，加深对光学测量理论知识的理解。
4. 培养实验操作能力和分析数据的能力。
二、实验仪器与材料1. 实验仪器：平行光管、透镜、牛顿环装置、立式光学比较仪、读数显微镜、光具座、数码相机等。
2. 实验材料：白光光源、分划板、可调式平面反射镜、玻罗板、星点板、待测透镜、塞规等。
三、实验原理1. 平行光管测量透镜焦距：利用平行光管产生平行光束，通过调节使光束通过透镜，测量透镜焦距。
2. 牛顿环测量透镜曲率半径：利用牛顿环干涉现象，通过测量干涉条纹的间距，计算透镜的曲率半径。
3. 立式光学比较仪测量塞规直径：利用光学放大原理，通过比较塞规与标准尺寸的对比，测量塞规直径。
四、实验步骤1. 平行光管测量透镜焦距：1. 将平行光管、透镜、光具座依次放置在实验台上。
2. 调节平行光管，使其产生平行光束。
3. 将透镜放置在光具座上，调节其位置，使光束通过透镜。
4. 利用读数显微镜测量透镜焦距。
2. 牛顿环测量透镜曲率半径：1. 将牛顿环装置放置在实验台上。
2. 调节牛顿环装置，使透镜与平板玻璃接触。
3. 利用数码相机拍摄牛顿环干涉条纹。
4. 利用图像处理软件分析干涉条纹间距，计算透镜曲率半径。
3. 立式光学比较仪测量塞规直径：1. 将塞规放置在立式光学比较仪的测量台上。
2. 调节立式光学比较仪，使其与标准尺寸的塞规对比。
3. 利用数码相机拍摄测量结果。
4. 利用图像处理软件分析测量结果，计算塞规直径。
五、实验数据与分析1. 平行光管测量透镜焦距：1. 测量数据：f = 0.10 m2. 分析：测量结果与理论值相符，说明实验方法可靠。
2. 牛顿环测量透镜曲率半径：1. 测量数据：R = 0.10 m2. 分析：测量结果与理论值相符，说明实验方法可靠。
3. 立式光学比较仪测量塞规直径：1. 测量数据：d = 0.10 mm2. 分析：测量结果与理论值相符，说明实验方法可靠。
物理实验技术中常用的光学测量方法与原理
物理实验技术中常用的光学测量方法与原理光学测量是物理实验技术中常用的一种测量方法，它利用光的传播和相互作用特性，通过光学仪器对待测物体进行测量。
光学测量方法广泛应用于材料科学、物理学等领域，并在工业生产中发挥着重要作用。
本文将介绍一些常用的光学测量方法与原理。
1. 散射光测量法：散射光测量法是通过测量物体发射或散射出的光的强度、频率等特性来获得物体的信息。
例如，在材料科学中，可以利用散射光测量物体的粒径、形状等物理特性。
散射光测量法的原理是利用物体表面或内部的不均匀性，使光发生散射或透射，然后通过光学仪器进行测量。
常用的散射光测量方法有动态光散射、静态光散射等。
2. 干涉测量法：干涉测量法是利用光的干涉现象来测量物体的形状、表面质量等。
干涉测量法的原理是将测量光和参考光进行相干叠加，通过干涉现象来获得物体的信息。
例如，在工业制造中，可以利用干涉测量法来检测零件的平整度、平行度等指标。
干涉测量法常用的技术有白光干涉、激光干涉等。
3. 折射测量法：折射测量法是通过测量光在物体内部的折射角、入射角等来获得物体的折射率、光学性质等。
折射测量法的原理是利用折射定律和光的传播特性进行测量。
在材料科学中，折射测量法常用于测量材料的折射率、透明度等参数。
具体的测量方法有自由空间测量法、腔内测量法等。
4. 光敏测量法：光敏测量法是利用材料对光的敏感性来进行测量。
光敏测量法的原理是通过测量材料对光的吸收、发射等特性，获得材料的光学性质。
例如，在光学器件制造中，可以利用光敏测量法来测量材料的吸收系数、光学响应时间等。
光敏测量法常用的技术有吸收光谱法、发射光谱法等。
总之，光学测量方法应用于物理实验技术中，可以从不同角度、不同测量原理来获取物体的信息。
散射光测量法、干涉测量法、折射测量法和光敏测量法都是常用的光学测量方法，它们在材料科学、物理学等领域起着重要作用。
通过不断研究和发展光学测量技术，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和工业生产提供有力支持。
测绘技术中的光学测量原理介绍
测绘技术中的光学测量原理介绍引言：光学测量原理是测绘技术中的重要基础知识之一，它在地理信息系统、工程测量、制图和卫星遥感等领域发挥着重要的作用。
本文将介绍光学测量原理的基本概念和应用。
一、光学测量原理的基本概念光学测量原理是基于光的传播和相互作用进行测量的原理。
在测绘领域中，常用的光学测量方法包括经纬仪、电子经纬仪、全站仪、自动水准仪等。
1. 光的传播特性光在真空中的传播速度是固定的，而在介质中会发生折射。
光线的传播遵循直线传播原理，即光线在均匀介质中直线传播。
光线会在介质交界面上发生反射和折射，这些特性是光学测量中重要的基础。
2. 光的相互作用与测量光的相互作用包括反射、折射和干涉等现象。
在测绘中，常用的测量原理包括三角测量原理和坐标测量原理。
二、光学测量原理的应用光学测量原理在测绘技术中有着广泛的应用。
以下将介绍光学测量原理在几个具体应用领域中的应用。
1. 工程测量在工程测量中，光学测量原理被广泛应用于地形测量、建筑测量和路线规划等方面。
通过使用全站仪等设备，可以进行角度、距离和高程的测量，为工程项目提供准确的测量数据，以便进行规划和设计。
2. 制图制图是地图绘制的过程，光学测量原理在制图中发挥着重要作用。
通过使用经纬仪等设备，可以进行地理位置的测量和绘制，为地图制作提供基础数据。
光学测量原理还可以用于测绘地图中的各种要素，例如边界线、地理要素和地形要素等。
3. 地理信息系统地理信息系统（GIS）是用于收集、存储、处理和展示地理数据的系统。
光学测量原理在GIS中有着广泛的应用。
通过使用全站仪和其他光学测量设备，可以获取地理位置的准确数据，并将其与其他信息进行整合，用于地理数据的分析和模拟。
4. 卫星遥感卫星遥感是利用卫星携带的光学设备进行地球观测和数据获取的技术。
卫星遥感中的光学测量原理主要包括光谱分辨率和空间分辨率等。
通过获取卫星遥感图像，可以获取地表的大范围和多角度数据，用于环境监测、资源调查和灾害管理等方面。
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光学测量
定义： 对光学材料、零件及系统的参数和性能的测量
度L=λ2/Δλ=0.78m;氦氖激光器λ=632.8nm，Δλ=6×109nm,L=60km
辅助物理量：平面角rad，球面角 sr
导出物理量 国际200多种，我国120种. 与光学测量有关的光学量导出单位：
光通量 流明 lm 1lm=1cd.sr 辐射能中能引起人眼光刺激的那部分辐通 量
光照度 勒（克斯）lx 1 lx=1 lm/m2单位面积上所接收的光通量大小 辐透（ph）1ph=1 lm/cm2。 计量单位：有明确定义和名称并命其数值为1的固定的量 量值：数值和计量单位的乘积
测量结果也应包含测量误差的说明及其优劣的评价 Y=N±ΔN
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第一节 测量误差与数据处理
真值就是与给定的特定量的定义相一致的量值。客观存在 的、但不可测得的（测量的不完善造成）。
可知的真值： a. 理论真值----理论设计值、理论公式表达值等 如三角形内角和180度； b. 约定(实用)真值-----指定值,最佳值等， 如阿伏加德罗常数, 算术平均值当真值等。
如：测量单摆的振动周期T，用公式 T 2 l /求g 得g
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例：空调机测量控制室温 被测对象： 室内空气 被测物理量： 温度 测量器具： 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
返回 7
计量、测量、测试的区别 计量：准确一致的测量
国际标准——国家计量局——地区计量站—— 工厂计量室——车间检验组。 测试：具有实验性质的测量。 检测:对产品以及成型仪器的测量。
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先修课
应用光学 误差理论与数据处理 物理光学 Optics 513 Optical Testing 亚利桑那研究生课
程
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光学测量
第一章 光学测量基础
第一章 光学测量基础
第一节 测量误差与数据处理
1.真值和残差 真值：被测量的真实值 残差：测得值和算术平均值之间的差 2.测量误差的原因和分类
铯-133原子基态的一特定辐射光波震动 9,192,631,770次所需要的时间。
电流
安［培］ 安培 A
电流流过自由空间中两条相距1米，其截面积可 忽略的细长直导线，若两导线间单位长度之互 作用力大小为2x10-7N，此电流为标准的1安培。
热力学 温度
开［尔文］克耳文 K
水三相点之热力学温度的 1/273.16
原因：装置、环境、人员、方法 分类：系统误差、随机误差、粗大误差
3.精度
反映测量结果与真值接近程度的量。 (1)正确度：由系统误差引起的测得值真值偏离 (2)精密度：由偶然误差引起的测得值真值偏离。 (3)准确度：由系统误差和偶然误差综合引起测得值和真值的偏 离程度。
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第一节 测量误差与数据处理
主要内容：
❖基本概念——测量误差 ❖误差分类——偶然误差和系统误差 ❖误差计算——测量结果的不确定度 ❖数据格式——有效数字 ❖数据处理——用最二乘法作直线拟合
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第一节 测量误差与数据处理 测量误差 测量就是将待测量与选做标准单位的物理量进
行比较，得到此物理量的测量值。 测量值必须包括:数值和单位，如测量课桌的长
物质的量 摩［尔］ 莫耳
mol
一系统物质的量，其系统所包含的基本单元数 和0.012 kg 碳-12的原子数目相等。
光源发出频率为540x1012Hz的单色辐射，在某 发光强度 坎［德拉］燭光 cd 给定方向上的发光强度，而此方向上每一个球
面的辐射强度为1/683(w/sr.)
3
导出物理量
时间：三十万年差一秒 长度：氪86同位素波长λ=605.78nm，Δλ=4.7×10-4nm，相干长
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第一节 测量误差与数据处理
分类: a. 定值系统误差-----其大小和符号恒定不变。
例如，千分尺没有零点修正，天平砝码的标称值不准确等。
b. 变值系统误差----呈现规律性变化。可能随时间,随
位置变化。例如分光计刻度盘中心与望远镜转轴中心
不重合，存在偏心差 发现的方法
规律性变化(一致变大变小) 一定存在着系统误差
光学测量
THE OPTICAL MEASUREMENT
长春理工大学 付跃刚 fuyg@
绪论
一、测量的概念及方法
将被测的物理量与一定的计量单位相比较求其比值的过程， 或为确定被测对象的量值而进行的实验过程。
１．物理量 （１）基本物理量
国际七种
物理量
单位
工具
精度 国际
我国
时间
秒
铯原子钟
1×10-13 1×10-12
长度
米
激光波长
1×10-9
1×10-8
质量 温度 电流 光强
千克 开（尔文） 安（培） 坎（德拉）
砝码 液态氢 标准电池 标准光源
1×10-8 1×10-3 1×10-7 3×10-3
1×10-8 1×10-3 1×10-6 3.3×的七种物理量的定义
仪器、装置误差；
垂直、偏心、零点不准等，如天平不等臂,分 光计读数装置的偏心；附件如导线
测量环境误差；
温度、湿度、光照，电磁场等
测量理论或方法误差；
人员误差---生理或心理特点所造成的误差。
理论公式为近似 或实验条件达不 到理论公式所规 定的要求
特点：同一被测量多次测量中，保持恒定或以可预知的方 式变化（一经查明就应设法消除其影响）
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计量、 测量、 测试之间的关系
计量与测量的相互关系——测量是计量的依托,没有测量就谈不到计量; 计量是使测 量结果真正具有价值的基础, 计量又促进了测量的发展。也可以说计量是测量的一种 特殊形式, 它保证测量统一和量值准确。 计量与测试的相互关系——计量同样是使测试结果真正具有价值的基础。因为测试 数据的准确可靠, 必须以计量技术基础予以保证。 同时, 测试一般都是通过计量手段和 应用计量科学原理进行的, 而且对象都是 “量” , 所以测试又是保证量值统一的重要 环节, 是计量联系生产实际的重要途径, 是计量领域进行探索的重要方面。 测量与测试的相互关系——从本质上讲, 两者是相同的, 测试的实质就是测量, 都是 为了确定其量的数值。 但测试又区别于测量, 测量是一个实验过程, 途径和方法一般都 是已经确定的, 其解决的问题是确定量值的大小; 而测试则包含着试验过程, 具有一定 的探索性, 它主要解决科研生产中的具体实际问题。
度为1.2534m。
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第一节 测量误差与数据处理
按测量精度通常可分为：
等精度测量——对某一物理量进行多次重复测量，而且每次测量的 条件都相同(同一测量者，同一组仪器，同一种实验方法，温度和湿 度等环境也相同)。
不等精度测量——在诸测量条件中，只要有一个发生了变化，所进 行的测量。
由于测量方法、测量环境、测量仪器和测量者的局限性——误差的 不可避免性，待测物理量的真值同测量值之间总会存在某种差异， 这种差异就称为测量误差，定义为 测量误差（δ）= 测量值（X）- 真值（a)
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参考书
D. Malacara, Ed. Optical Shop Testing W. Smith Modern Optical Engineering Kingslake, Thompson, Applied Optics and Optical Engineering, Vols. 1-11 Shannon, and Wyant, Ed. B. K. Johnson Optics and Optical Instruments D. Malacara, Ed. Optical Shop Metrology, SPIE Vol. MS18 P. Hariharan and D. Malacara, Ed. Interference, Interferometry, and
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第一节 测量误差与数据处理
二、偶然误差和系统误差
误差分类 按其性质和原因可分为三类:
系统误差 偶然误差(随机误差) 粗大误差
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第一节 测量误差与数据处理
1．系统误差：在重复测量条件下对同一被测量进行无限
多次测量结果的平均值减去真值 x(n ) a
来源： 标准器误差；仪器安装调整不妥,不水平、不
Interferometric Metrology, SPIE Vol. MS110 P. Hariharan, Ed. Selected Papers on Interferometry, SPIE Vol. MS28 P. Hariharan Optical Interferometry, Second Edition D. Malacara, M. Servin, and Interferogram Analysis for Optical Testing Z. Malacara D. Malacara, Ed. Selected SPIE Papers on CD-ROM, Volume 3. Optical Testing (568 papers) D. O’Shea Optical Engineering G. Boreman Applied Optics-Optical Technology 光电测试技术 范志刚主编 电子工业出版社 光电测试技术 蒲邵邦 赵辉主编 机械工业出版社 光学测试技术 沙定国 主编 北京理工大学出版社 光学测量技术与应用 冯其波主编 清华大学出版社 光学计量 郑克哲主编 原子能出版社