朱嘉 金婉婧 肖 立 李曉晶

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

測量的目的不僅要給出測量結(jié)果的量值，還應(yīng)該給出測量結(jié)果的不確定度。不確定度的概念和體系，是在誤差理論的基礎(chǔ)上逐步建立和完善起來的。在分析計算測量不確定度之前需要做好必要的誤差分析。測量誤差是測量不確定度評定的理論基礎(chǔ)[1]。

測量誤差被定義為測量結(jié)果與被測量的真值之差。在實際測量中，由于各種誤差源的存在，我們的測量結(jié)果僅僅是被測量真值的估計值。測量誤差是無法確切知道的，我們僅能通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析的方法，評定出真值以較大概率存在的范圍，或者說評定測量結(jié)果或測量誤差不能確定的程度，也就是測量不確定度[2]。在報告測量結(jié)果時，必須給出被測量的量值及測量結(jié)果的可信程度?？尚懦潭热Q于測量不確定度的大小，數(shù)值越大，說明測量結(jié)果越不可信；反之亦然。所以，測量不確定度的引入既便于人們評定測量結(jié)果的可靠性，又增強了測量結(jié)果直接的可比性[3-5]。

本文分析和評定了電動自行車車速提示音測試過程中存在的各個不確定度因子，由此給出測量不確定度的大小和表示方法。

1 測量不確定度的評定步驟

被測量的測量不確定度由多個分量組成，在進行測量不確定度評定時，首先確定分量并評定各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，然后合成產(chǎn)生合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，再評定擴展不確定度。

2 基本方法原理和數(shù)學(xué)模型

2.1 方法原理

GB 17761-2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》對于測試環(huán)境和試驗方法進行了規(guī)定。

測試環(huán)境要求測試場地應(yīng)為平坦地面，場地材料為表面干燥的混凝土、瀝青或具有高反射能力的硬材料。場地內(nèi)應(yīng)當(dāng)規(guī)劃出四邊距試驗車外廓（不包括車把）至少3 m的長方形測試區(qū)域，且場地范圍內(nèi)不得有影響聲級計讀數(shù)的障礙物存在。聲級計距離道路邊緣距離不小于1 m；測試范圍內(nèi)除測試人員和騎行者外不得有其他人員存在，且測試人員和騎行者的位置不得干擾儀器讀數(shù)；測試進行時天氣要求無雨、無雪、風(fēng)速不大于3 m/s，測試進行時應(yīng)當(dāng)排除陣風(fēng)對儀器讀數(shù)的影響；背景噪聲（A計權(quán)聲級計）應(yīng)當(dāng)比受試車輛的車速提示音低10 dB（A）以上。

試驗方法中規(guī)定使用一級精度的聲級計，在試驗場地驅(qū)動試驗車離地，在左右兩側(cè)垂直于車身中心距離2 m，高度為1.2 m處放置聲級計。車速提示音響后，分別讀取兩側(cè)聲級計的最大讀數(shù)，并計算出兩側(cè)讀數(shù)的平均值[6]。

本文在滿足上述測試環(huán)境的前提下，使用一級精度聲級計僅放置在車身一側(cè)，評定單側(cè)測定結(jié)果的測量不確定度。

2.2 建立數(shù)學(xué)模型

測量不確定度評定的數(shù)學(xué)模型是指確定被測量與影響其測量不確定度的其他量之間的關(guān)系的函數(shù)表達式。建立數(shù)學(xué)模型要明確所使用的測量方法是直接測量法還是間接測量法。直接測量法可以直接得到被測量值，不必測量與被測量有函數(shù)關(guān)系的其他量。凡是由一組操作即可獲得結(jié)果的測量方法都屬直接測量法，與這組操作的復(fù)雜程度，或確定影響量的影響需要作的其他補充計算均無關(guān)。直接測量法的特點是測量結(jié)果可以從測量儀器中直接得出[5]。

本文使用聲級計直接讀數(shù)，測量方法屬于直接測量法，測量函數(shù)可表示為y=x，測量不確定度的計算公式u(y)=u(x)。

3 測量不確定度的來源及各分量的關(guān)系

在進行測量不確定度評定時，首先應(yīng)當(dāng)分析其來源。如果沒有正確的辨別來源，或忽略了影響顯著的來源，則評定結(jié)果可能不合理。通常情況下，影響不確定的因素來源于人員操作、測量設(shè)備、被測對象、測量方法和測量環(huán)境等。

測定車速提示音的測量不確定度來源于：測量儀器不準(zhǔn)引入的不確定度、傳聲器校準(zhǔn)器的不確定度、重復(fù)性測量引入的不確定度、人員操作的影響、環(huán)境條件對測試的影響等。聲級計級量程線性允許誤差可以從相應(yīng)設(shè)備的計量證書中查到；校準(zhǔn)器設(shè)備的不確定度可以從其說明書中查到；人員操作對結(jié)果的影響根據(jù)經(jīng)驗值獲得；由于車速提示音聲壓級比背景噪聲大15 dB（A）以上，本文忽略背景噪聲引入的不確定度。

4 測量不確定度分量的評定

4.1 重復(fù)性引入的不確定度u(x1)

采用A類評定方法。A類評定方法是指對規(guī)定測量條件下測得的量值，用統(tǒng)計分析的方法進行的測量不確定度分量的評定。上述的規(guī)定測量條件是指重復(fù)性測量條件、期間精密度測量條件或復(fù)現(xiàn)性測量條件。貝塞爾法是A類評定最常用的方法[7]。

連續(xù)10次做重復(fù)測量，算出其算數(shù)平均值和實驗室標(biāo)準(zhǔn)偏差。測試結(jié)果見表1。

由表1可知，10次測量數(shù)據(jù)的平均值：

表1 重復(fù)測量結(jié)果

采用貝塞爾公式算出實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差S(xi)：

算術(shù)平均值所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(x1)為：

4.2 測量儀器不準(zhǔn)引入的不確定度u(x2)

采用B類評定方法。測量不確定度B類評定的信息來源，可以包括實驗室經(jīng)驗數(shù)據(jù)、儀器的使用說明書、儀器校準(zhǔn)或其他鑒定活動提供的不確定度信息等[7]。

根據(jù)儀器的檢定證書，儀器量程范圍為35～125 dB，級量程線性允許誤差為±0.8 dB，均勻分布。所以由級量程線性允許誤差引起的不確定度為：

4.3 傳聲器校準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(x3)

查看校準(zhǔn)器的檢定證書，傳聲器校準(zhǔn)器的允許誤差為±0.2 dB，服從均勻分布。傳聲器校準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 傳聲器指向誤差引入的不確定度u(x4)

測量時要求測量儀器對準(zhǔn)聲源，以0 °角入射。根據(jù)測量經(jīng)驗，操作人員實際測試會存在約±10 °的偏差，對結(jié)果造成±0.5 dB的影響，服從均勻分布。因此由于指向聲源不準(zhǔn)確引入誤差引入的不確定度：

4.5 測量距離誤差引入的不確定度u(x5)

根據(jù)經(jīng)驗，在實際操作過程中，試驗人員會偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距離約±1 cm，對結(jié)果產(chǎn)生約±0.5 dB的影響，服從均勻分布。測量距離誤差引入誤差引出的不確定度為：

4.6 測量高度誤差引入的不確定度u(x6)

在實際測量高度時，試驗人員會出現(xiàn)約±1 cm的偏差，對測量結(jié)果產(chǎn)生約±0.5 dB的影響，服從均勻分布。測量高度誤差引入的不確定度為：

4.7 不確定度分量匯總

不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

表2 不確定度分量匯總表

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

5.1 靈敏系數(shù)c

根據(jù)數(shù)學(xué)模型可知，u(y)與u(x)之間屬于線性關(guān)系，則靈敏系數(shù)c為：

5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(y)

6 擴展不確定度U

通常情況下，取置信概率p=95 %時，相應(yīng)的k=2，擴展不確定度U=2×uc(y)=1.4(dB)（k=2），相對擴展不確定度。

7 不確定度的表達

假設(shè)某次測量結(jié)果為55 dB( A) ，測量結(jié)果及不確定度可表示為：

8 結(jié)語

本文根據(jù)GB 17761-2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》的測試方法，分析評定了測量電動自行車車速提示音的測量不確定度，擴展不確定度U為1.4 dB（k=2）。