论文部分内容阅读
摘 要：救生圈是渔船救生装备最重要也是最基本的装备之一，救生圈灯直接关系到落水渔民的生还概率。本文主要研究了救生圈灯色温测量的影响因素，对救生圈灯色温测量的不确定度进行了评定，通过对救生灯具光色测量系统进行分析，建立了数学模型，分析了救生圈灯测量不确定度来源。经过计算A类和B类不确定度，最后得出测量结果的合成不确定度和扩展不确定度。通过分析得出影响测量的最主要因素是光谱辐射计的精度和标准灯，同时救生圈灯实验环境也会对测量产生一定影响。
关键词：救生圈灯 色温测量 标准灯 不确定度
中图分类号：TQ533 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0093-02
农业部渔业渔政管理局发布《2016年全国渔业经济统计公报》指出，截至2016年年末我国渔船总数为101.11万艘、总吨位1098.48万吨、渔业人口1973.41万人，庞大的渔船数量及从业人口不可避免地会出现渔民落水事故，这些落水事故给遇难家属带来了巨大的痛苦。为了避免事故带来更大的人员和财产损失，我国《渔船船舶法定检验规则（2000）》[1]规定每条渔船都应该根据自身情况配备相应数量的渔船救生装备，而救生圈就是其中最重要也是最基本的救生装备之一，其中救生圈灯直接关系到落水渔民的生还概率，特别是夜晚发生事故的时候。色温是衡量救生圈灯在极端情况下是否满足显眼可见的重要参数指标。救生灯具光色测试系统由HAAS-2000高精度快速光谱辐射计、Φ2M精密测光积分球及YW305精密数显直流稳流稳压电源等组成。HAAS-2000高精度快速光谱辐射计通过对CCD和光栅的匹配设计，同时应用了带通色轮校正技术和分光积分结合技术，对救生圈灯相关色温进行测量，适合于海安会决议MSC81（70）及《ISO 24408-2005船舶和海洋技术救生用具示位灯测试、检验及产品标注》对救生筏灯色温规定的要求。本文就是对使用救生灯具光色测试系统测量救生圈灯色温的不确定度进行分析评定。
1 色温测量不确定度来源分析
1.1 测量结果不确定度的来源
（1）样品重复测量随机误差造成的不确定度。
（2）HAAS-2000光谱辐射计系统的固有误差引起的不确定度。
（3）Φ2M精密测光积分球光的漫反射不均匀等引起的不确定度。
（4）YW305精密数显直流稳流稳压电源电压波动引起的不确定度。
（5）标准灯D204不稳定造成的不确定度。
（6）1.2M光纤的传输偏差造成的不确定度。
（7）光源灯具测试安装方向的不同造成的不确定度。
（8）环境温度和气流波动造成的不确定度。
1.2 数学模型
由于测量数据是由测试系统直接测试得出，所以本次评定使用最直接的数学模型，即：
式中：为被测色温的修正值；为每次色温的测量值；为各种误差对被测量结果的影响值。
1.3 方差和传播系数
对于每个输入估计值xi的标准不确定度，用表示；对于估计值y的合成标准不确定度，用表示，则不确定度传播公式可写作：
由数学模型公式（1）代入式（2），又由于传播系数可得：
2 色温测量不确定度计算
2.1 标准不确定度的A类评定
通常由重复测量引起的不确定度，我们称为A类不确定度。在试验和测试中由于试验环境、样品本身微小改变以及人为读数误差等原因是引起重复测量结果不一致的原因。表1是救生筏灯色温一致性测试的10次实测值。
根据贝塞尔公式算得试验标准差：
2.2 标准不确定度的B类评定
《试验不确定度建议书INC-1》提出，在修正了可以修正的系统误差后，把可以用统计方法算出的分量归入A类，而用非统计方法计算出的分量归入B类。这种无法取得实测值进行统计和分析，我们只能用一个极大值或者极小值或者某个概率区间来表示，对于这些无法掌握分布方式和自由度的分量，我们通常用B类不确定度来评定，用uB表示，有：
式中：a为该分量的B类不确定度的分散区间的半宽。通过以前的测量数据、计量校准证书、鉴定证书说明书、引用手册等方法我们可以获得输入估计值xi，还可以通过B类不确定度的实际分布形式来确定包含因子ki。
（1）由HAAS-2000光谱辐射计测试系统固有的系统误差估算的不确定度。
根据HAAS-2000光谱辐射计的用户手册，该系统的相对极限误差±1%，设该系统的误差为均匀分布，则k1，传播系数1。则不确定度：
（2）由Φ2M精密测光积分球光的漫反射不均匀等原因引起的不确定度。
通过查询Φ2M精密测光积分球用户手册，可知该积分球的相对极限误差±0.5%，设该系统的误差为均匀分布，则k2，传播系数1。则不确定度：
（3）YW305精密数显直流稳流稳压电源电压波动造成的不确定度。
由校准证书可以知道稳压稳流电源扩张不确定度为0.02%，k3=2，传播系数1，所以不确定度：
（4）标准灯D204测量不确定度造成的不确定度。
由标准灯校准证书可以得到，标准灯测量不确定度为1.5%，k4=2，传播系数为1，所以由标准灯引起的不确定度分量为：
（5）救生圈灯的安装位置造成的不确定。
使用十字激光对准器对救生圈灯的安装位置校准。因为没有明确的误差参数，并且这种误差引起的测量不确定度十分微小，所以这里不进行评定。
（6）环境温度和空气波动造成的不确定度。
实验室温度范围25±1℃，温度精确度为±0.2℃，实验室内空气流动速度不超过0.2m/s。根据数据统计温度和空气流动造成的极限误差≤±1%，认为误差均服从均匀分布，所以k=，所以由环境和空气波动引起的测量不确定度分量为：
（7）光纤的传输偏差造成的不确定度。
由于光纤的传输偏差没有明确具体的误差参数，并且通常认为这种误差引起的测量不确定度十分微小，所以这里不进行评定。
通过上述分析及计算，我們可以得出B类不确定度为：
2.3 合成标准不确定度
通过上述分析及计算我们得出了所有A类和B类标准不确定度，具体见表2。
由已经得到的A类标准不确定度和B类标准不确定度可以合成标准不确定度为：
2.4 色温的扩展不确定度
扩展不确定度由合成标准不确定度uc乘以包含因子k而得到，置信概率为95%时，k=2，所以扩展不确定度为：
相对扩展不确定度为：
3 结语
通过对救生圈灯光色温测量不确定度的系统分析可以得出，在整个测试过程中，对测量不确定度影响最大的是光谱辐射计和标准灯，因此尽可能地提高光谱辐射计和标准灯的精度，同时定期校准光谱辐射计，定期维护计量标准灯都可以提高测量准确度。其次环境也会引起色温测量不确定度，所以应该保持试验环境相对稳定，降低对测试结果的影响。本次测试由于采用了高精度稳压稳流电源，所以对试验影响较小。
参考文献
[1] 中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则检验（2000）[S].北京：交通人民出版社，2000.
关键词：救生圈灯 色温测量 标准灯 不确定度
中图分类号：TQ533 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0093-02
农业部渔业渔政管理局发布《2016年全国渔业经济统计公报》指出，截至2016年年末我国渔船总数为101.11万艘、总吨位1098.48万吨、渔业人口1973.41万人，庞大的渔船数量及从业人口不可避免地会出现渔民落水事故，这些落水事故给遇难家属带来了巨大的痛苦。为了避免事故带来更大的人员和财产损失，我国《渔船船舶法定检验规则（2000）》[1]规定每条渔船都应该根据自身情况配备相应数量的渔船救生装备，而救生圈就是其中最重要也是最基本的救生装备之一，其中救生圈灯直接关系到落水渔民的生还概率，特别是夜晚发生事故的时候。色温是衡量救生圈灯在极端情况下是否满足显眼可见的重要参数指标。救生灯具光色测试系统由HAAS-2000高精度快速光谱辐射计、Φ2M精密测光积分球及YW305精密数显直流稳流稳压电源等组成。HAAS-2000高精度快速光谱辐射计通过对CCD和光栅的匹配设计，同时应用了带通色轮校正技术和分光积分结合技术，对救生圈灯相关色温进行测量，适合于海安会决议MSC81（70）及《ISO 24408-2005船舶和海洋技术救生用具示位灯测试、检验及产品标注》对救生筏灯色温规定的要求。本文就是对使用救生灯具光色测试系统测量救生圈灯色温的不确定度进行分析评定。
1 色温测量不确定度来源分析
1.1 测量结果不确定度的来源
（1）样品重复测量随机误差造成的不确定度。
（2）HAAS-2000光谱辐射计系统的固有误差引起的不确定度。
（3）Φ2M精密测光积分球光的漫反射不均匀等引起的不确定度。
（4）YW305精密数显直流稳流稳压电源电压波动引起的不确定度。
（5）标准灯D204不稳定造成的不确定度。
（6）1.2M光纤的传输偏差造成的不确定度。
（7）光源灯具测试安装方向的不同造成的不确定度。
（8）环境温度和气流波动造成的不确定度。
1.2 数学模型
由于测量数据是由测试系统直接测试得出，所以本次评定使用最直接的数学模型，即：
式中：为被测色温的修正值；为每次色温的测量值；为各种误差对被测量结果的影响值。
1.3 方差和传播系数
对于每个输入估计值xi的标准不确定度，用表示；对于估计值y的合成标准不确定度，用表示，则不确定度传播公式可写作：
由数学模型公式（1）代入式（2），又由于传播系数可得：
2 色温测量不确定度计算
2.1 标准不确定度的A类评定
通常由重复测量引起的不确定度，我们称为A类不确定度。在试验和测试中由于试验环境、样品本身微小改变以及人为读数误差等原因是引起重复测量结果不一致的原因。表1是救生筏灯色温一致性测试的10次实测值。
根据贝塞尔公式算得试验标准差：
2.2 标准不确定度的B类评定
《试验不确定度建议书INC-1》提出，在修正了可以修正的系统误差后，把可以用统计方法算出的分量归入A类，而用非统计方法计算出的分量归入B类。这种无法取得实测值进行统计和分析，我们只能用一个极大值或者极小值或者某个概率区间来表示，对于这些无法掌握分布方式和自由度的分量，我们通常用B类不确定度来评定，用uB表示，有：
式中：a为该分量的B类不确定度的分散区间的半宽。通过以前的测量数据、计量校准证书、鉴定证书说明书、引用手册等方法我们可以获得输入估计值xi，还可以通过B类不确定度的实际分布形式来确定包含因子ki。
（1）由HAAS-2000光谱辐射计测试系统固有的系统误差估算的不确定度。
根据HAAS-2000光谱辐射计的用户手册，该系统的相对极限误差±1%，设该系统的误差为均匀分布，则k1，传播系数1。则不确定度：
（2）由Φ2M精密测光积分球光的漫反射不均匀等原因引起的不确定度。
通过查询Φ2M精密测光积分球用户手册，可知该积分球的相对极限误差±0.5%，设该系统的误差为均匀分布，则k2，传播系数1。则不确定度：
（3）YW305精密数显直流稳流稳压电源电压波动造成的不确定度。
由校准证书可以知道稳压稳流电源扩张不确定度为0.02%，k3=2，传播系数1，所以不确定度：
（4）标准灯D204测量不确定度造成的不确定度。
由标准灯校准证书可以得到，标准灯测量不确定度为1.5%，k4=2，传播系数为1，所以由标准灯引起的不确定度分量为：
（5）救生圈灯的安装位置造成的不确定。
使用十字激光对准器对救生圈灯的安装位置校准。因为没有明确的误差参数，并且这种误差引起的测量不确定度十分微小，所以这里不进行评定。
（6）环境温度和空气波动造成的不确定度。
实验室温度范围25±1℃，温度精确度为±0.2℃，实验室内空气流动速度不超过0.2m/s。根据数据统计温度和空气流动造成的极限误差≤±1%，认为误差均服从均匀分布，所以k=，所以由环境和空气波动引起的测量不确定度分量为：
（7）光纤的传输偏差造成的不确定度。
由于光纤的传输偏差没有明确具体的误差参数，并且通常认为这种误差引起的测量不确定度十分微小，所以这里不进行评定。
通过上述分析及计算，我們可以得出B类不确定度为：
2.3 合成标准不确定度
通过上述分析及计算我们得出了所有A类和B类标准不确定度，具体见表2。
由已经得到的A类标准不确定度和B类标准不确定度可以合成标准不确定度为：
2.4 色温的扩展不确定度
扩展不确定度由合成标准不确定度uc乘以包含因子k而得到，置信概率为95%时，k=2，所以扩展不确定度为：
相对扩展不确定度为：
3 结语
通过对救生圈灯光色温测量不确定度的系统分析可以得出，在整个测试过程中，对测量不确定度影响最大的是光谱辐射计和标准灯，因此尽可能地提高光谱辐射计和标准灯的精度，同时定期校准光谱辐射计，定期维护计量标准灯都可以提高测量准确度。其次环境也会引起色温测量不确定度，所以应该保持试验环境相对稳定，降低对测试结果的影响。本次测试由于采用了高精度稳压稳流电源，所以对试验影响较小。
参考文献
[1] 中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则检验（2000）[S].北京：交通人民出版社，2000.