非接触式低速测量仪校准方法的研究及其不确定度评定

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　　【摘要】 本文介绍了非接触式低速测量仪的用途与基本原理，以及非接触式低速测量仪的校准内容与校准方法，并且对检测结果的示值误差进行了不确定度分析与评定，其不确定度主要影响因素包括，被校非接触低速测量仪示值重复性以及校准用标准器所引入的不确定度分量。
　　【关键词】 非接触式低速测量仪;校准方法;示值误差;不确定度评定
　　【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.05.005
　　Abstract： This paper introduces the purpose，basic principle，the calibration content and method of non-contact low-speed measuring instrument，and analyses the results of the indication error and evaluation of the uncertainty. The main factors affecting the uncertainty include the repeatability of the measuring instrument and the uncertainty component are introduced by the calibration standard.
　　Key words： non-contact low-speed measuring instrument;calibration method;indication error;evaluation of uncertainty
　　随着科技的发展，非接触式低速测量仪已广泛地应用于人们的日常生活，如非接触式电梯速度测量仪、列车及汽车开关门速度测量仪等。非接触式低速测量仪通常采用激光测距传感器，通过控制系统采集激光传感器测量的距离信息及被测物体的运行时间，经过计算后实现对其速度的测量。非接触式测速与接触式测速相比，具有省时省力、操作安全、后期维护更容易等优势。
　　目前，我国出台了JJF 1612-2017《非接触式测距测速仪校准规范》，该规范针对的是以光电式速度传感器为测量单元，用于测量机动车行驶距离及速度的仪器，该种非接触式测量仪的测速范围通常为10～250 km/h。我国尚未出台有关非接触式低速测量仪的校准规范。因此，本文对非接触低速测量仪的校准方法进行了研究，并给出测量结果不确定度的评定和计算方法。
　　1 校准方法的研究
　　非接触式低速测量仪是根据激光测速原理，对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该时间段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。非接触式低速测量仪可对自动扶梯速度、轿厢电梯、车辆开关门速度进行测量。
　　1.1 环境条件
　　温度：（20±10） ℃;相对湿度：不大于85%。
　　1.2 测量标准器及其他设备
　　卷尺：最大允许误差：±（0.03+0.03L） mm
　　多功能脉冲表：U=0.001 s，k=2
　　1.3 校准方法
　　根据客户对校准点的选择要求，对非接触低速测量仪的速度进行校准。将两组光电开关与多功能脉冲表连接，并固定在被测物体两侧，当被测物体从一边开始移动时，每当到达一组光电开关，多功能脉冲表将收到一组信号，从而得到被测物体在通过两组光电开关所需要的时间t。用卷尺测量两组光电开关之间的距离作为行驶距离s，将距离与经过时间作比值，计算得到被测物体的运行速度。另一方面，将非接触低速测量仪的激光束对准被测物体，同时测量其速度值。
　　2 示值误差的不确定度分析与评定
　　2.1 测量方法
　　依据非接触低速测量仪校准方法进行测量。
　　2.2 数学模型
　　2.3 合成方差和灵敏系数
　　2.4 不确定度来源分析
　　2.4.1 距离测量值的不确定度[u（s）]评定
　　距离测量值的不确定度包括距离重复性带来的不确定度[u1（s）]与上级标准装置带来的距离不确定度[u2（s）]。
　　这里用A类评定方法——极差法评定不确定度，方法是用卷尺测量两组光电开关间的距离，作3次距离测量，测量数据如下1.27 m，1.28 m，1.27 m，得单次实验标准差s为：
　　另外，测量距离所用卷尺的相对示值误差为0.1%，为均匀分布，包含因子[k=3]，对应测量点1.27 m，区间半宽度为0.00127 m，用B类方法进行评定，计算式[u2（s）]为：
　　2.4.2 运行时间的不确定度[u（t）]评定
　　时间测量不确定度包括运行时间重复性带来的不确定度[u1（t）]以及由上级标准装置带来的时间不确定度[u2（t）]。
　　这里用A类评定方法——极差法评定不确定度，方法是用多功能脉冲表的测时功能，作3次距离测量，测量数据如下2.450 s、2.446 s、2.447 s，得单次实验标准差s为：
　　由上级证书可知，多功能脉冲表的不确定度[U=0.001 s]，包含因子[k=2]，则：
　　2.4.3 非接触低速测量仪重复性引入的不确定度[u（v）]评定。
　　这里用A类评定方法——极差法评定不确定度，方法是非接触低速测量仪的测速功能测量被测物体的运行速度，测量3次数据如下所示，0.508 m/s、0.509 m/s、0.507 m/s，得单次实验标准差s为：
　　2.5 标准不确定度汇总表（见表1）
　　2.6 合成标准不确定度的评定
　　以上各项标准不确定度分量合成标准不确定度为：
　　2.7 扩展标准不确定度的评定
　　因主要分量中可视为正态分布，因此P=95%时，可取包含因子[k=2]，则：[U=kuc=0.003 m/s]。
　　3 结语
　　本文介绍了非接触式低速测量仪的原理及用途，并给出了测量仪的校准方法及不确定度分析与评定。合理的校准方法将更有效的对非接触式低速测量仪进行溯源，从而保证其量值的准确性。
　　【参考文献】
　　[1] 非接触式测距测速仪校准规范：JJF 1612-2017[S].
　　[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].
　　[3] 倪育才.實用测量不确定度评定（第5版）[M].北京：中国质检出版社，2016.
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