吳晶

【摘要】 本文介紹了非接觸式低速測(cè)量?jī)x的用途與基本原理，以及非接觸式低速測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)內(nèi)容與校準(zhǔn)方法，并且對(duì)檢測(cè)結(jié)果的示值誤差進(jìn)行了不確定度分析與評(píng)定，其不確定度主要影響因素包括，被校非接觸低速測(cè)量?jī)x示值重復(fù)性以及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器所引入的不確定度分量。

【關(guān)鍵詞】 非接觸式低速測(cè)量?jī)x;校準(zhǔn)方法;示值誤差;不確定度評(píng)定

【DOI編碼】 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

隨著科技的發(fā)展，非接觸式低速測(cè)量?jī)x已廣泛地應(yīng)用于人們的日常生活，如非接觸式電梯速度測(cè)量?jī)x、列車及汽車開關(guān)門速度測(cè)量?jī)x等。非接觸式低速測(cè)量?jī)x通常采用激光測(cè)距傳感器，通過控制系統(tǒng)采集激光傳感器測(cè)量的距離信息及被測(cè)物體的運(yùn)行時(shí)間，經(jīng)過計(jì)算后實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的測(cè)量。非接觸式測(cè)速與接觸式測(cè)速相比，具有省時(shí)省力、操作安全、后期維護(hù)更容易等優(yōu)勢(shì)。

目前，我國出臺(tái)了JJF 1612-2017《非接觸式測(cè)距測(cè)速儀校準(zhǔn)規(guī)范》，該規(guī)范針對(duì)的是以光電式速度傳感器為測(cè)量單元，用于測(cè)量機(jī)動(dòng)車行駛距離及速度的儀器，該種非接觸式測(cè)量?jī)x的測(cè)速范圍通常為10～250 km/h。我國尚未出臺(tái)有關(guān)非接觸式低速測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)規(guī)范。因此，本文對(duì)非接觸低速測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究，并給出測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定和計(jì)算方法。

1 校準(zhǔn)方法的研究

非接觸式低速測(cè)量?jī)x是根據(jù)激光測(cè)速原理，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該時(shí)間段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度。非接觸式低速測(cè)量?jī)x可對(duì)自動(dòng)扶梯速度、轎廂電梯、車輛開關(guān)門速度進(jìn)行測(cè)量。

1.1 環(huán)境條件

溫度：（20±10） ℃;相對(duì)濕度：不大于85%。

1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備

卷尺：最大允許誤差：±（0.03+0.03L） mm

多功能脈沖表：U=0.001 s，k=2

1.3 校準(zhǔn)方法

根據(jù)客戶對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇要求，對(duì)非接觸低速測(cè)量?jī)x的速度進(jìn)行校準(zhǔn)。將兩組光電開關(guān)與多功能脈沖表連接，并固定在被測(cè)物體兩側(cè)，當(dāng)被測(cè)物體從一邊開始移動(dòng)時(shí)，每當(dāng)?shù)竭_(dá)一組光電開關(guān)，多功能脈沖表將收到一組信號(hào)，從而得到被測(cè)物體在通過兩組光電開關(guān)所需要的時(shí)間t。用卷尺測(cè)量?jī)山M光電開關(guān)之間的距離作為行駛距離s，將距離與經(jīng)過時(shí)間作比值，計(jì)算得到被測(cè)物體的運(yùn)行速度。另一方面，將非接觸低速測(cè)量?jī)x的激光束對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，同時(shí)測(cè)量其速度值。

2 示值誤差的不確定度分析與評(píng)定

2.1 測(cè)量方法

依據(jù)非接觸低速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)量。

2.2 數(shù)學(xué)模型

2.3 合成方差和靈敏系數(shù)

2.4 不確定度來源分析

2.4.1 距離測(cè)量值的不確定度[u（s）]評(píng)定

距離測(cè)量值的不確定度包括距離重復(fù)性帶來的不確定度[u1（s）]與上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置帶來的距離不確定度[u2（s）]。

這里用A類評(píng)定方法——極差法評(píng)定不確定度，方法是用卷尺測(cè)量?jī)山M光電開關(guān)間的距離，作3次距離測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如下1.27 m，1.28 m，1.27 m，得單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s為：

另外，測(cè)量距離所用卷尺的相對(duì)示值誤差為0.1%，為均勻分布，包含因子[k=3]，對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)1.27 m，區(qū)間半寬度為0.00127 m，用B類方法進(jìn)行評(píng)定，計(jì)算式[u2（s）]為：

2.4.2 運(yùn)行時(shí)間的不確定度[u（t）]評(píng)定

時(shí)間測(cè)量不確定度包括運(yùn)行時(shí)間重復(fù)性帶來的不確定度[u1（t）]以及由上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置帶來的時(shí)間不確定度[u2（t）]。

這里用A類評(píng)定方法——極差法評(píng)定不確定度，方法是用多功能脈沖表的測(cè)時(shí)功能，作3次距離測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如下2.450 s、2.446 s、2.447 s，得單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s為：

由上級(jí)證書可知，多功能脈沖表的不確定度[U=0.001 s]，包含因子[k=2]，則：

2.4.3 非接觸低速測(cè)量?jī)x重復(fù)性引入的不確定度[u（v）]評(píng)定。

這里用A類評(píng)定方法——極差法評(píng)定不確定度，方法是非接觸低速測(cè)量?jī)x的測(cè)速功能測(cè)量被測(cè)物體的運(yùn)行速度，測(cè)量3次數(shù)據(jù)如下所示，0.508 m/s、0.509 m/s、0.507 m/s，得單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s為：

2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表（見表1）

2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.7 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

因主要分量中可視為正態(tài)分布，因此P=95%時(shí)，可取包含因子[k=2]，則：[U=kuc=0.003 m/s]。

3 結(jié)語

本文介紹了非接觸式低速測(cè)量?jī)x的原理及用途，并給出了測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法及不確定度分析與評(píng)定。合理的校準(zhǔn)方法將更有效的對(duì)非接觸式低速測(cè)量?jī)x進(jìn)行溯源，從而保證其量值的準(zhǔn)確性。

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