黎兆允

[摘? ? 要]在對焦度計(jì)的主要類型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從焦度計(jì)測量的自動(dòng)對焦原理和調(diào)焦原理出發(fā)，對焦度計(jì)不確定度評定及其計(jì)量檢定等有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]焦度計(jì);不確定度評定;計(jì)量檢定;分析

[中圖分類號]TH783 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（21）04–0–02

Evaluation of Uncertainty of Focimeter and Analysis of Metrological Verification

Li Zhao-yun

[Abstract]Based on the analysis of the main types of focus meters， this article starts from the autofocus principle and focus principle measured by the focus meter， and analyzes the uncertainty evaluation of the focus meter and its measurement verification and other related content.

[Keywords]focimeter; uncertainty evaluation; metrological verification; analysis

1 焦度計(jì)的類型與特點(diǎn)分析

對焦度計(jì)的主要類型，根據(jù)其在測量應(yīng)用中的工作原理不同，可以分為自動(dòng)對焦與調(diào)焦兩種不同類型。其中，以自動(dòng)調(diào)焦作為基礎(chǔ)進(jìn)行測量應(yīng)用的焦度計(jì)，它在實(shí)際應(yīng)用中的分辨率較高，并且進(jìn)行測量應(yīng)用的操作復(fù)雜性也相對較低，能夠通過自動(dòng)讀數(shù)來有效避免人工參與導(dǎo)致的誤差情況發(fā)生，促進(jìn)自身在實(shí)際應(yīng)用中的作用和優(yōu)勢提升。自動(dòng)對焦焦度計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的測量分析精確度相對較高，一般可達(dá)到0.01 m-1。而以調(diào)焦為基礎(chǔ)的焦度計(jì)，它與自動(dòng)對焦的焦度計(jì)不同，在實(shí)際應(yīng)用中包含有兩種不同的類型，即投影型和直接目視型焦度計(jì)，并且上述兩種調(diào)焦型焦度計(jì)在實(shí)際測量應(yīng)用中，其精確度一般在0.25～0.12 m-1。在具體測量分析應(yīng)用中，采用調(diào)焦型的焦度計(jì)進(jìn)行測量和分析應(yīng)用時(shí)，通過對焦度計(jì)本身的刻度進(jìn)行更加詳細(xì)的劃分和設(shè)置，還能夠促進(jìn)其測量應(yīng)用的精確度達(dá)到0.02 m-1左右，具有更為突出的測量和分析應(yīng)用優(yōu)勢。

2 焦度計(jì)的不確定評定與計(jì)量檢定分析

結(jié)合上述對焦度計(jì)的主要類型及其特點(diǎn)的分析，在進(jìn)行焦度計(jì)的不確定評定與計(jì)量檢定研究中，也需要從自動(dòng)對焦與調(diào)焦兩種不同工作原理和類型的焦度計(jì)上進(jìn)行分析和論述。

2.1 自動(dòng)對焦焦度計(jì)的不確定評定

在進(jìn)行自動(dòng)對焦焦度計(jì)的不確定評定與計(jì)量檢定分析時(shí)，①建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并在該模型支持下，通過對其焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行分析;②合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計(jì)算出焦度計(jì)修正值的擴(kuò)展不確定度;③根據(jù)最終測量和分析的結(jié)果，對該焦度計(jì)的檢定結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。

在進(jìn)行自動(dòng)對焦焦度計(jì)的不確定度測量與計(jì)算分析模型建立中，結(jié)合這類焦度計(jì)的測量運(yùn)行基本規(guī)則及其有關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行這類焦度計(jì)計(jì)量檢定與評價(jià)中，需要對頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行合理應(yīng)用，該鏡片在滿足其焦度計(jì)的自動(dòng)對焦工作原理以及進(jìn)行有關(guān)測量分析處理中，具有較好的作用和優(yōu)勢，并且利用該鏡片能夠?qū)苟扔?jì)的計(jì)量檢定有效開展進(jìn)行支持，在對焦度計(jì)的計(jì)量檢定與評價(jià)分析中，能夠?qū)Σ煌瑱z定位置所獲取的修正值進(jìn)行清晰顯示。值得注意的是，為滿足自動(dòng)對焦焦度計(jì)的不確定度測量與計(jì)量檢定的要求，利用上述頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行實(shí)際測量與計(jì)量檢定中，就需要先進(jìn)行相應(yīng)的頂焦度修正值數(shù)學(xué)模型的建立。如式（1）所示，即為進(jìn)行自動(dòng)對焦焦度計(jì)不確定度測量與計(jì)量檢定過程中所建立的頂焦度修正值的數(shù)學(xué)模型，該公式中，d表示進(jìn)行計(jì)量檢定的焦度計(jì)的實(shí)際測量值，φ值為頂焦度的標(biāo)準(zhǔn)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)值，c表示進(jìn)行計(jì)量檢定的焦度計(jì)的頂焦度修正值，對其靈敏系數(shù)則可以用式（2）表示。

（1）

（2）

建立數(shù)學(xué)模型之后，就需要圍繞自動(dòng)對焦焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量以及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度等內(nèi)容進(jìn)行分析、評定和計(jì)算，并根據(jù)其最終測量和分析的結(jié)果，對該焦度計(jì)的檢定結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。

2.1.1 頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

在進(jìn)行自動(dòng)對焦焦度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定中，先利用頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片及其標(biāo)準(zhǔn)制，對頂焦度標(biāo)準(zhǔn)鏡片本身存在的不確定度進(jìn)行全面與合理的測量分析，并根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展更深層次的計(jì)量檢定和評價(jià)。依照《頂焦度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)表》（JJG2090—1994）中的有關(guān)規(guī)定，對通過上一級的計(jì)量基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量確定的頂焦度鏡片，對其不確定度測量的具體結(jié)果，一般規(guī)定為（0.02～0.03） m-1（k=3），本次分析中取最大值0.03 m-1，則得到：

u（φ）=0.03 m-1/3=0.010 m-1

2.1.2 實(shí)際測量值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

對自動(dòng)對焦焦度計(jì)的實(shí)際測量值，在對其標(biāo)準(zhǔn)不確定度 進(jìn)行測量評定中，由于該標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源為焦度計(jì)測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度、焦度計(jì)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度及焦度計(jì)由“+/-”模式轉(zhuǎn)換的非線性變化引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度等，上述標(biāo)準(zhǔn)不確定度（、、）共同構(gòu)成了自動(dòng)對焦焦度計(jì)的實(shí)際測量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 。

2.1.2.1? 焦度計(jì)測量的重復(fù)性所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（）

通常對在正常狀態(tài)下的自動(dòng)對焦焦度計(jì)，按照檢定規(guī)程要求的條件對標(biāo)準(zhǔn)鏡片進(jìn)行重復(fù)測量，其測量結(jié)果的最大發(fā)散范圍為0.02～0.03 m-1。比如，在對某型號的自動(dòng)對焦焦度計(jì)在10 m-1處進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到下列數(shù)據(jù)：

9.99 m-1，9.98 m-1，9.99 m-1，9.99 m-1，10.00 m-1，9.98 m-1，10.00 m-1，10.00 m-1，9.99 m-1，10.00 m-1

根據(jù)上述測量分析數(shù)據(jù)，由貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算分析，可對其單次測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s進(jìn)行計(jì)算后獲取：

=0.008 m-1

在實(shí)際測量與計(jì)量檢定分析中，由于對各點(diǎn)均需要進(jìn)行至少三次的測量和檢定分析，并根據(jù)三次檢定測量結(jié)果的平均值作為測量結(jié)果，則：

==0.008 m-1=0.005 m-1

2.1.2.2? 焦度計(jì)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

根據(jù)自對焦焦度計(jì)測量的實(shí)際情況，其中，在對自動(dòng)對焦焦度計(jì)的分辨力確定的情況下（即為δ=0.01 m-1），對其均勻分布區(qū)間也可進(jìn)行確定，即為：[-δ/2，+δ/2]，按均勻分布計(jì)算，則：

=（δ/2）=（0.01 m-1/2）=0.03 m-1

2.1.2.3? 焦度計(jì)的“+/-”模式轉(zhuǎn)換中非線性變化所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（）

由于自動(dòng)對焦焦度計(jì)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換過程中存在一定的頂焦度測量值非線性變化情況，且根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)分析及其結(jié)果可知，該過程中存在的頂焦度測量值變化的范圍控制在0.02 ～0.03 m-1之間，那么可根據(jù)均勻分布計(jì)算，則：

=（0.03 m-1/2）=0.009 m-1

2.1.2.4? 實(shí)際測量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

根據(jù)上述對實(shí)際測量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要來源和組成分析，按照《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》（JJF1033—2016）中的C.1.4項(xiàng)有關(guān)規(guī)定顯示，在具體測量和評定中，如果其標(biāo)準(zhǔn)不確定度d中因重復(fù)性引入的不確定分量，在與被檢儀器分辨力所引入的不確定度分量進(jìn)行對比時(shí)，出現(xiàn)大于該不確定度分量的情況時(shí)，重復(fù)性中已經(jīng)包含分辨力對測量結(jié)果的影響，故不應(yīng)當(dāng)再考慮分辨力引入的不確定分量。所以在計(jì)算實(shí)際測量值d的標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)，只需把和進(jìn)行合成。由于和相互獨(dú)立，則：

=0.010 m-1

2.1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)確定度的評定

由于不確定度分量和相互獨(dú)立，則：

=0.014 m-1

2.1.4 擴(kuò)展不確定的評定與表示

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：=2×0.014 m-1

=0.028 m-1，取兩位小數(shù)后得：U=0.03 m-1。那么，根據(jù)上述分析結(jié)果，對自動(dòng)對焦焦度計(jì)的頂焦度修正值c，其測量的擴(kuò)展不確定度即可表示為：U=0.03 mm-1（k=2）。

通過上述不確定度評定和分析，在獲得自動(dòng)對焦焦度計(jì)的頂焦度修正值及其擴(kuò)展不確定度等結(jié)果后，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對自動(dòng)對焦焦度計(jì)的頂焦度計(jì)量檢定系統(tǒng)的各參數(shù)結(jié)果是否符合要求進(jìn)行對照判斷，從而為自動(dòng)對焦焦度計(jì)的實(shí)際測量和應(yīng)用提供支持。

2.2 調(diào)焦焦度計(jì)的不確定測量與計(jì)量檢定

在進(jìn)行調(diào)焦焦度計(jì)的不確定度測量與計(jì)量檢定中，對其數(shù)學(xué)分析模型的建立，雖然兩種不同的調(diào)焦焦度計(jì)在測量原理上存在一定差異，但其具體方法與操作步驟、檢定過程等具有較大的相似性，因此，可通過上述對自動(dòng)調(diào)焦焦度計(jì)的不確定度測量分析數(shù)學(xué)模型，來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的調(diào)焦焦度計(jì)不確定度測量分析模型建立。此外，在對調(diào)焦焦度計(jì)的分量標(biāo)準(zhǔn)以及合成標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展不確定度測量與結(jié)果評價(jià)中，對焦度計(jì)測量的分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析，根據(jù)其調(diào)焦工作原理以及焦度計(jì)的具體結(jié)構(gòu)特征等內(nèi)容，可將導(dǎo)致焦度計(jì)測量過程中的頂焦度修正值不確定度發(fā)生的主要原因，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行簡單總結(jié)，即：焦度計(jì)測量過程中重復(fù)調(diào)焦測量所導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;檢定操作人員視覺上的差異所造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;頂焦度的標(biāo)準(zhǔn)鏡片所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;進(jìn)行焦度計(jì)讀數(shù)估讀中所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度等。在進(jìn)行焦度計(jì)的不確定度測量與計(jì)量檢定中，對上述分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度，均需要按照有關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算確定。此外，對調(diào)焦焦度計(jì)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度測量和計(jì)量檢定分析，根據(jù)其不確定度分量之間的各自獨(dú)立性特征，即可對其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)有關(guān)方法進(jìn)行計(jì)算和表示，并在實(shí)現(xiàn)焦度計(jì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度測量基礎(chǔ)上，根據(jù)最終結(jié)果，對該焦度計(jì)在實(shí)際測量中的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢定和評價(jià)，以滿足其實(shí)際測量和應(yīng)用的有關(guān)需求。

3 結(jié)束語

焦度計(jì)不確定度測量在焦度計(jì)的測量與計(jì)量檢定中具有較為廣泛的應(yīng)用，對其不確定度測量與計(jì)量檢定中的有關(guān)問題和注意事項(xiàng)分析，能夠促進(jìn)其在實(shí)際應(yīng)用中的作用優(yōu)勢充分發(fā)揮，從而為焦度計(jì)的計(jì)量檢定及其測量應(yīng)用提供良好的支持，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

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