胡欣

摘 要：救生圈是漁船救生裝備最重要也是最基本的裝備之一，救生圈燈直接關系到落水漁民的生還概率。本文主要研究了救生圈燈色溫測量的影響因素，對救生圈燈色溫測量的不確定度進行了評定，通過對救生燈具光色測量系統(tǒng)進行分析，建立了數(shù)學模型，分析了救生圈燈測量不確定度來源。經過計算A類和B類不確定度，最后得出測量結果的合成不確定度和擴展不確定度。通過分析得出影響測量的最主要因素是光譜輻射計的精度和標準燈，同時救生圈燈實驗環(huán)境也會對測量產生一定影響。

關鍵詞：救生圈燈 色溫測量 標準燈 不確定度

中圖分類號：TQ533 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0093-02

農業(yè)部漁業(yè)漁政管理局發(fā)布《2016年全國漁業(yè)經濟統(tǒng)計公報》指出，截至2016年年末我國漁船總數(shù)為101.11萬艘、總噸位1098.48萬噸、漁業(yè)人口1973.41萬人，龐大的漁船數(shù)量及從業(yè)人口不可避免地會出現(xiàn)漁民落水事故，這些落水事故給遇難家屬帶來了巨大的痛苦。為了避免事故帶來更大的人員和財產損失，我國《漁船船舶法定檢驗規(guī)則（2000）》[1]規(guī)定每條漁船都應該根據(jù)自身情況配備相應數(shù)量的漁船救生裝備，而救生圈就是其中最重要也是最基本的救生裝備之一，其中救生圈燈直接關系到落水漁民的生還概率，特別是夜晚發(fā)生事故的時候。色溫是衡量救生圈燈在極端情況下是否滿足顯眼可見的重要參數(shù)指標。救生燈具光色測試系統(tǒng)由HAAS-2000高精度快速光譜輻射計、Φ2M精密測光積分球及YW305精密數(shù)顯直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源等組成。HAAS-2000高精度快速光譜輻射計通過對CCD和光柵的匹配設計，同時應用了帶通色輪校正技術和分光積分結合技術，對救生圈燈相關色溫進行測量，適合于海安會決議MSC81（70）及《ISO 24408-2005船舶和海洋技術救生用具示位燈測試、檢驗及產品標注》對救生筏燈色溫規(guī)定的要求。本文就是對使用救生燈具光色測試系統(tǒng)測量救生圈燈色溫的不確定度進行分析評定。

1 色溫測量不確定度來源分析

1.1 測量結果不確定度的來源

（1）樣品重復測量隨機誤差造成的不確定度。

（2）HAAS-2000光譜輻射計系統(tǒng)的固有誤差引起的不確定度。

（3）Φ2M精密測光積分球光的漫反射不均勻等引起的不確定度。

（4）YW305精密數(shù)顯直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源電壓波動引起的不確定度。

（5）標準燈D204不穩(wěn)定造成的不確定度。

（6）1.2M光纖的傳輸偏差造成的不確定度。

（7）光源燈具測試安裝方向的不同造成的不確定度。

（8）環(huán)境溫度和氣流波動造成的不確定度。

1.2 數(shù)學模型

由于測量數(shù)據(jù)是由測試系統(tǒng)直接測試得出，所以本次評定使用最直接的數(shù)學模型，即：

式中：為被測色溫的修正值；為每次色溫的測量值；為各種誤差對被測量結果的影響值。

1.3 方差和傳播系數(shù)

對于每個輸入估計值xi的標準不確定度，用表示；對于估計值y的合成標準不確定度，用表示，則不確定度傳播公式可寫作：

由數(shù)學模型公式（1）代入式（2），又由于傳播系數(shù)可得：

2 色溫測量不確定度計算

2.1 標準不確定度的A類評定

通常由重復測量引起的不確定度，我們稱為A類不確定度。在試驗和測試中由于試驗環(huán)境、樣品本身微小改變以及人為讀數(shù)誤差等原因是引起重復測量結果不一致的原因。表1是救生筏燈色溫一致性測試的10次實測值。

根據(jù)貝塞爾公式算得試驗標準差：

2.2 標準不確定度的B類評定

《試驗不確定度建議書INC-1》提出，在修正了可以修正的系統(tǒng)誤差后，把可以用統(tǒng)計方法算出的分量歸入A類，而用非統(tǒng)計方法計算出的分量歸入B類。這種無法取得實測值進行統(tǒng)計和分析，我們只能用一個極大值或者極小值或者某個概率區(qū)間來表示，對于這些無法掌握分布方式和自由度的分量，我們通常用B類不確定度來評定，用uB表示，有：

式中：a為該分量的B類不確定度的分散區(qū)間的半寬。通過以前的測量數(shù)據(jù)、計量校準證書、鑒定證書說明書、引用手冊等方法我們可以獲得輸入估計值xi，還可以通過B類不確定度的實際分布形式來確定包含因子ki。

（1）由HAAS-2000光譜輻射計測試系統(tǒng)固有的系統(tǒng)誤差估算的不確定度。

根據(jù)HAAS-2000光譜輻射計的用戶手冊，該系統(tǒng)的相對極限誤差±1%，設該系統(tǒng)的誤差為均勻分布，則k1，傳播系數(shù)1。則不確定度：

（2）由Φ2M精密測光積分球光的漫反射不均勻等原因引起的不確定度。

通過查詢Φ2M精密測光積分球用戶手冊，可知該積分球的相對極限誤差±0.5%，設該系統(tǒng)的誤差為均勻分布，則k2，傳播系數(shù)1。則不確定度：

（3）YW305精密數(shù)顯直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源電壓波動造成的不確定度。

由校準證書可以知道穩(wěn)壓穩(wěn)流電源擴張不確定度為0.02%，k3=2，傳播系數(shù)1，所以不確定度：

（4）標準燈D204測量不確定度造成的不確定度。

由標準燈校準證書可以得到，標準燈測量不確定度為1.5%，k4=2，傳播系數(shù)為1，所以由標準燈引起的不確定度分量為：

（5）救生圈燈的安裝位置造成的不確定。

使用十字激光對準器對救生圈燈的安裝位置校準。因為沒有明確的誤差參數(shù)，并且這種誤差引起的測量不確定度十分微小，所以這里不進行評定。

（6）環(huán)境溫度和空氣波動造成的不確定度。

實驗室溫度范圍25±1℃，溫度精確度為±0.2℃，實驗室內空氣流動速度不超過0.2m/s。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計溫度和空氣流動造成的極限誤差≤±1%，認為誤差均服從均勻分布，所以k=，所以由環(huán)境和空氣波動引起的測量不確定度分量為：

（7）光纖的傳輸偏差造成的不確定度。

由于光纖的傳輸偏差沒有明確具體的誤差參數(shù)，并且通常認為這種誤差引起的測量不確定度十分微小，所以這里不進行評定。

通過上述分析及計算，我們可以得出B類不確定度為：

2.3 合成標準不確定度

通過上述分析及計算我們得出了所有A類和B類標準不確定度，具體見表2。

由已經得到的A類標準不確定度和B類標準不確定度可以合成標準不確定度為：

2.4 色溫的擴展不確定度

擴展不確定度由合成標準不確定度uc乘以包含因子k而得到，置信概率為95%時，k=2，所以擴展不確定度為：

相對擴展不確定度為：

3 結語

通過對救生圈燈光色溫測量不確定度的系統(tǒng)分析可以得出，在整個測試過程中，對測量不確定度影響最大的是光譜輻射計和標準燈，因此盡可能地提高光譜輻射計和標準燈的精度，同時定期校準光譜輻射計，定期維護計量標準燈都可以提高測量準確度。其次環(huán)境也會引起色溫測量不確定度，所以應該保持試驗環(huán)境相對穩(wěn)定，降低對測試結果的影響。本次測試由于采用了高精度穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，所以對試驗影響較小。

參考文獻

[1] 中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗局.漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則檢驗（2000）[S].北京：交通人民出版社，2000.