焦度計(jì)不確定度評(píng)定與計(jì)量檢定分析

黎兆允

[摘? ? 要]在對(duì)焦度計(jì)的主要類型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從焦度計(jì)測(cè)量的自動(dòng)對(duì)焦原理和調(diào)焦原理出發(fā)，對(duì)焦度計(jì)不確定度評(píng)定及其計(jì)量檢定等有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]焦度計(jì);不確定度評(píng)定;計(jì)量檢定;分析

[中圖分類號(hào)]TH783 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（21）04–0–02

Evaluation of Uncertainty of Focimeter and Analysis of Metrological Verification

Li Zhao-yun

[Abstract]Based on the analysis of the main types of focus meters， this article starts from the autofocus principle and focus principle measured by the focus meter， and analyzes the uncertainty evaluation of the focus meter and its measurement verification and other related content.

[Keywords]focimeter; uncertainty evaluation; metrological verification; analysis

1 焦度計(jì)的類型與特點(diǎn)分析

對(duì)焦度計(jì)的主要類型，根據(jù)其在測(cè)量應(yīng)用中的工作原理不同，可以分為自動(dòng)對(duì)焦與調(diào)焦兩種不同類型。其中，以自動(dòng)調(diào)焦作為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用的焦度計(jì)，它在實(shí)際應(yīng)用中的分辨率較高，并且進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用的操作復(fù)雜性也相對(duì)較低，能夠通過自動(dòng)讀數(shù)來有效避免人工參與導(dǎo)致的誤差情況發(fā)生，促進(jìn)自身在實(shí)際應(yīng)用中的作用和優(yōu)勢(shì)提升。自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的測(cè)量分析精確度相對(duì)較高，一般可達(dá)到0.01 m-1。而以調(diào)焦為基礎(chǔ)的焦度計(jì)，它與自動(dòng)對(duì)焦的焦度計(jì)不同，在實(shí)際應(yīng)用中包含有兩種不同的類型，即投影型和直接目視型焦度計(jì)，并且上述兩種調(diào)焦型焦度計(jì)在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中，其精確度一般在0.25～0.12 m-1。在具體測(cè)量分析應(yīng)用中，采用調(diào)焦型的焦度計(jì)進(jìn)行測(cè)量和分析應(yīng)用時(shí)，通過對(duì)焦度計(jì)本身的刻度進(jìn)行更加詳細(xì)的劃分和設(shè)置，還能夠促進(jìn)其測(cè)量應(yīng)用的精確度達(dá)到0.02 m-1左右，具有更為突出的測(cè)量和分析應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2 焦度計(jì)的不確定評(píng)定與計(jì)量檢定分析

結(jié)合上述對(duì)焦度計(jì)的主要類型及其特點(diǎn)的分析，在進(jìn)行焦度計(jì)的不確定評(píng)定與計(jì)量檢定研究中，也需要從自動(dòng)對(duì)焦與調(diào)焦兩種不同工作原理和類型的焦度計(jì)上進(jìn)行分析和論述。

2.1 自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的不確定評(píng)定

在進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的不確定評(píng)定與計(jì)量檢定分析時(shí)，①建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并在該模型支持下，通過對(duì)其焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行分析;②合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計(jì)算出焦度計(jì)修正值的擴(kuò)展不確定度;③根據(jù)最終測(cè)量和分析的結(jié)果，對(duì)該焦度計(jì)的檢定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的不確定度測(cè)量與計(jì)算分析模型建立中，結(jié)合這類焦度計(jì)的測(cè)量運(yùn)行基本規(guī)則及其有關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行這類焦度計(jì)計(jì)量檢定與評(píng)價(jià)中，需要對(duì)頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行合理應(yīng)用，該鏡片在滿足其焦度計(jì)的自動(dòng)對(duì)焦工作原理以及進(jìn)行有關(guān)測(cè)量分析處理中，具有較好的作用和優(yōu)勢(shì)，并且利用該鏡片能夠?qū)苟扔?jì)的計(jì)量檢定有效開展進(jìn)行支持，在對(duì)焦度計(jì)的計(jì)量檢定與評(píng)價(jià)分析中，能夠?qū)Σ煌瑱z定位置所獲取的修正值進(jìn)行清晰顯示。值得注意的是，為滿足自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的不確定度測(cè)量與計(jì)量檢定的要求，利用上述頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行實(shí)際測(cè)量與計(jì)量檢定中，就需要先進(jìn)行相應(yīng)的頂焦度修正值數(shù)學(xué)模型的建立。如式（1）所示，即為進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)不確定度測(cè)量與計(jì)量檢定過程中所建立的頂焦度修正值的數(shù)學(xué)模型，該公式中，d表示進(jìn)行計(jì)量檢定的焦度計(jì)的實(shí)際測(cè)量值，φ值為頂焦度的標(biāo)準(zhǔn)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)值，c表示進(jìn)行計(jì)量檢定的焦度計(jì)的頂焦度修正值，對(duì)其靈敏系數(shù)則可以用式（2）表示。

（1）

（2）

建立數(shù)學(xué)模型之后，就需要圍繞自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量以及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度等內(nèi)容進(jìn)行分析、評(píng)定和計(jì)算，并根據(jù)其最終測(cè)量和分析的結(jié)果，對(duì)該焦度計(jì)的檢定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1.1 頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

在進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定中，先利用頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片及其標(biāo)準(zhǔn)制，對(duì)頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片本身存在的不確定度進(jìn)行全面與合理的測(cè)量分析，并根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展更深層次的計(jì)量檢定和評(píng)價(jià)。依照《頂焦度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)表》（JJG2090—1994）中的有關(guān)規(guī)定，對(duì)通過上一級(jí)的計(jì)量基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量確定的頂焦度鏡片，對(duì)其不確定度測(cè)量的具體結(jié)果，一般規(guī)定為（0.02～0.03） m-1（k=3），本次分析中取最大值0.03 m-1，則得到：

u（φ）=0.03 m-1/3=0.010 m-1

2.1.2 實(shí)際測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

對(duì)自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的實(shí)際測(cè)量值，在對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)不確定度 進(jìn)行測(cè)量評(píng)定中，由于該標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為焦度計(jì)測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度、焦度計(jì)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度及焦度計(jì)由“+/-”模式轉(zhuǎn)換的非線性變化引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度等，上述標(biāo)準(zhǔn)不確定度（、、）共同構(gòu)成了自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的實(shí)際測(cè)量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 。

2.1.2.1? 焦度計(jì)測(cè)量的重復(fù)性所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（）

通常對(duì)在正常狀態(tài)下的自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)，按照檢定規(guī)程要求的條件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果的最大發(fā)散范圍為0.02～0.03 m-1。比如，在對(duì)某型號(hào)的自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)在10 m-1處進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，得到下列數(shù)據(jù)：

9.99 m-1，9.98 m-1，9.99 m-1，9.99 m-1，10.00 m-1，9.98 m-1，10.00 m-1，10.00 m-1，9.99 m-1，10.00 m-1

根據(jù)上述測(cè)量分析數(shù)據(jù)，由貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算分析，可對(duì)其單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s進(jìn)行計(jì)算后獲取：

=0.008 m-1

在實(shí)際測(cè)量與計(jì)量檢定分析中，由于對(duì)各點(diǎn)均需要進(jìn)行至少三次的測(cè)量和檢定分析，并根據(jù)三次檢定測(cè)量結(jié)果的平均值作為測(cè)量結(jié)果，則：

==0.008 m-1=0.005 m-1

2.1.2.2? 焦度計(jì)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

根據(jù)自對(duì)焦焦度計(jì)測(cè)量的實(shí)際情況，其中，在對(duì)自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的分辨力確定的情況下（即為δ=0.01 m-1），對(duì)其均勻分布區(qū)間也可進(jìn)行確定，即為：[-δ/2，+δ/2]，按均勻分布計(jì)算，則：

=（δ/2）=（0.01 m-1/2）=0.03 m-1

2.1.2.3? 焦度計(jì)的“+/-”模式轉(zhuǎn)換中非線性變化所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（）

由于自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換過程中存在一定的頂焦度測(cè)量值非線性變化情況，且根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)分析及其結(jié)果可知，該過程中存在的頂焦度測(cè)量值變化的范圍控制在0.02 ～0.03 m-1之間，那么可根據(jù)均勻分布計(jì)算，則：

=（0.03 m-1/2）=0.009 m-1

2.1.2.4? 實(shí)際測(cè)量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

根據(jù)上述對(duì)實(shí)際測(cè)量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源和組成分析，按照《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》（JJF1033—2016）中的C.1.4項(xiàng)有關(guān)規(guī)定顯示，在具體測(cè)量和評(píng)定中，如果其標(biāo)準(zhǔn)不確定度d中因重復(fù)性引入的不確定分量，在與被檢儀器分辨力所引入的不確定度分量進(jìn)行對(duì)比時(shí)，出現(xiàn)大于該不確定度分量的情況時(shí)，重復(fù)性中已經(jīng)包含分辨力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，故不應(yīng)當(dāng)再考慮分辨力引入的不確定分量。所以在計(jì)算實(shí)際測(cè)量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)，只需把和進(jìn)行合成。由于和相互獨(dú)立，則：

=0.010 m-1

2.1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)確定度的評(píng)定

由于不確定度分量和相互獨(dú)立，則：

=0.014 m-1

2.1.4 擴(kuò)展不確定的評(píng)定與表示

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：=2×0.014 m-1

=0.028 m-1，取兩位小數(shù)后得：U=0.03 m-1。那么，根據(jù)上述分析結(jié)果，對(duì)自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的頂焦度修正值c，其測(cè)量的擴(kuò)展不確定度即可表示為：U=0.03 mm-1（k=2）。

通過上述不確定度評(píng)定和分析，在獲得自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的頂焦度修正值及其擴(kuò)展不確定度等結(jié)果后，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的頂焦度計(jì)量檢定系統(tǒng)的各參數(shù)結(jié)果是否符合要求進(jìn)行對(duì)照判斷，從而為自動(dòng)對(duì)焦焦度計(jì)的實(shí)際測(cè)量和應(yīng)用提供支持。

2.2 調(diào)焦焦度計(jì)的不確定測(cè)量與計(jì)量檢定

在進(jìn)行調(diào)焦焦度計(jì)的不確定度測(cè)量與計(jì)量檢定中，對(duì)其數(shù)學(xué)分析模型的建立，雖然兩種不同的調(diào)焦焦度計(jì)在測(cè)量原理上存在一定差異，但其具體方法與操作步驟、檢定過程等具有較大的相似性，因此，可通過上述對(duì)自動(dòng)調(diào)焦焦度計(jì)的不確定度測(cè)量分析數(shù)學(xué)模型，來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的調(diào)焦焦度計(jì)不確定度測(cè)量分析模型建立。此外，在對(duì)調(diào)焦焦度計(jì)的分量標(biāo)準(zhǔn)以及合成標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展不確定度測(cè)量與結(jié)果評(píng)價(jià)中，對(duì)焦度計(jì)測(cè)量的分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析，根據(jù)其調(diào)焦工作原理以及焦度計(jì)的具體結(jié)構(gòu)特征等內(nèi)容，可將導(dǎo)致焦度計(jì)測(cè)量過程中的頂焦度修正值不確定度發(fā)生的主要原因，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)，即：焦度計(jì)測(cè)量過程中重復(fù)調(diào)焦測(cè)量所導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;檢定操作人員視覺上的差異所造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;頂焦度的標(biāo)準(zhǔn)鏡片所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;進(jìn)行焦度計(jì)讀數(shù)估讀中所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度等。在進(jìn)行焦度計(jì)的不確定度測(cè)量與計(jì)量檢定中，對(duì)上述分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度，均需要按照有關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算確定。此外，對(duì)調(diào)焦焦度計(jì)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度測(cè)量和計(jì)量檢定分析，根據(jù)其不確定度分量之間的各自獨(dú)立性特征，即可對(duì)其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)有關(guān)方法進(jìn)行計(jì)算和表示，并在實(shí)現(xiàn)焦度計(jì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度測(cè)量基礎(chǔ)上，根據(jù)最終結(jié)果，對(duì)該焦度計(jì)在實(shí)際測(cè)量中的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢定和評(píng)價(jià)，以滿足其實(shí)際測(cè)量和應(yīng)用的有關(guān)需求。

3 結(jié)束語

焦度計(jì)不確定度測(cè)量在焦度計(jì)的測(cè)量與計(jì)量檢定中具有較為廣泛的應(yīng)用，對(duì)其不確定度測(cè)量與計(jì)量檢定中的有關(guān)問題和注意事項(xiàng)分析，能夠促進(jìn)其在實(shí)際應(yīng)用中的作用優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，從而為焦度計(jì)的計(jì)量檢定及其測(cè)量應(yīng)用提供良好的支持，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

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