宋潔 顧震宇 趙哲 李珊紅

（西北機電工程研究所，陜西咸陽 712099）

0.引言

示波器是電子測試中最基礎(chǔ)也是最重要的儀器，各大實驗室開展工作也都離不開示波器，那么如何證明示波器擁有檢測/校準(zhǔn)能力對于實驗室來說就顯的尤為重要。按照國際標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)要求規(guī)定[1]，應(yīng)由CNAS指定的合格評定機構(gòu)對參加實驗室進行評價和認(rèn)可[2]。一般認(rèn)可的方式有參加能力驗證活動，通過實驗室間比對、測量審核來證明參加者的能力。典型的能力驗證活動是將一個已校準(zhǔn)具有參考值的樣品寄送至某實驗室，將實驗室結(jié)果與參考值進行比較，從而判斷該實驗室的測量結(jié)果是否滿意。因此，西北機電工程研究所檢測與校準(zhǔn)實驗室和CNAS指定的能力驗證機構(gòu)北京無線電計量測試研究所取得聯(lián)系，實施了數(shù)字示波器的時基和直流增益兩個參數(shù)的能力驗證。本文僅就時基這一項參數(shù)進行介紹分析。

1.參數(shù)的選擇原則

時基是時間顯示的基本單位，即時間基準(zhǔn)。在示波器中，時基的選擇原則是：在能觀察到信號的完整周期的情況下選擇最小檔位，檔位越小，儀器的精度越高。對于周期性信號，需要調(diào)節(jié)示波器的時間檔位觀察信號的1.5～3個周期即可，而對于非周期性信號，一般需要觸發(fā)后觀察信號的總體長度，將信號的波形長度除以儀器顯示時間軸的格數(shù)即可。

2.能力驗證的基本情況

（1）樣品情況。本次能力驗證選用的樣品為TDS3052B型數(shù)字示波器（由北京無線電計量測試研究所提供），其主要技術(shù)指標(biāo)表1所示。（2）環(huán)境條件。工作溫度：（23±5）℃；相對濕度：＜80%。（3）校準(zhǔn)方法。本次試驗采用的是延遲法，由示波器校準(zhǔn)源輸出時標(biāo)信號，選定數(shù)字示波器的某一通道，與其匹配連接，參考檢定規(guī)程對示波器進行校準(zhǔn)。首先選取周期為10ms（1ms、100ms）的時標(biāo)信號，調(diào)整數(shù)字示波器的各項設(shè)置，關(guān)閉延遲功能，使波形在其屏幕上穩(wěn)定居中顯示。調(diào)整完畢后，打開延遲功能，設(shè)置延遲時間為10ms（1ms、100ms），選擇水平最快掃描速度。用光標(biāo)測量并記錄波形下一周期對應(yīng)位置（上升部分標(biāo)志點）距離數(shù)字示波器屏幕水平正中位置的時間ΔT，左負(fù)右正。按公式計算時基的相對誤差：，其中：ΔT為示波器顯示的絕對誤差，T為時標(biāo)信號。（4）校準(zhǔn)步驟。1）將數(shù)字示波器和校準(zhǔn)源通電預(yù)熱30min以上；2）執(zhí)行儀器自校準(zhǔn)程序；3）連接線路，進行校準(zhǔn)。（5）注意事項。1）確認(rèn)工作電源電壓正確，保證示波器校準(zhǔn)源和被校準(zhǔn)示波器都可靠接地。2）按照檢定規(guī)程規(guī)定，應(yīng)做好校準(zhǔn)源和被校準(zhǔn)儀器的阻抗匹配。

表1 數(shù)字示波器的主要技術(shù)指標(biāo)

3.測量結(jié)果不確定度的分析及評定

3.1 建立測量模型

ΔT=T1-T2

式中：ΔT為時基的測量誤差，s；T1為數(shù)字示波器顯示值，s；T2為示波器校準(zhǔn)源輸出值，s。

3.2 不確定度來源分析

（1）由示波器測量的重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA；（2）由示波器校準(zhǔn)源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB，包括分辨率引入的不確定度分量uB1，校準(zhǔn)源自身誤差極限引入的不確定度分量uB2，以及由上級計量機構(gòu)計量校準(zhǔn)源引入的不確定度分量uB3。

3.3 不確定度評定

10ms的時標(biāo)信號在數(shù)字示波器的水平偏轉(zhuǎn)系數(shù)為最低檔時進行重復(fù)測量10次，10次測量的平均值為：，則：，即 uA為 0.13μs。

（2）由校準(zhǔn)源引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB評定。1）分辨率引入的不確定度分量uB1。采用B類方法評定，周期為10ms時，屏幕上顯示的最小分辨力為20ns，服從均勻分布，包含因子，則：；2）校準(zhǔn)源自身誤差極限引入的不確定度分量uB2。采用B類方法評定，在實驗室環(huán)境下，10ms點的最大允許誤差為±0.25×10-6，服從均勻分布，包含因子,則：；3）上級計量機構(gòu)計量校準(zhǔn)源引入的不確定度分量uB3。由于上級量傳示波器出具的檢定證書結(jié)果為合格，所以其引入的測量不確定度可以認(rèn)為不大于其允許誤差極限的四分之一，在此忽略不計。

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.5 擴展不確定度

取包含因子k=2，擴展不確定度為：u=2uc=2.4μs。

4.能力驗證結(jié)果分析

其中，UL和UR的包含概率均取95%，比對測量結(jié)果一致性的評判原則為：表示參比實驗室的測量結(jié)果與參考值與不確定度之比在合理的預(yù)期范圍之內(nèi)，即結(jié)果滿意； 表示參比實驗室的測量結(jié)果與參考值與不確定度之比超出合理的預(yù)期，即結(jié)果為不滿意。本實驗室能力驗證結(jié)果評價如表2所示。通過所得數(shù)值分析結(jié)果為滿意。

表2 本實驗室能力驗證結(jié)果評價表

5.結(jié)論

比對是能力驗證活動的重要組成部分，也是實驗室認(rèn)可活動中的重要環(huán)節(jié)。通過本次能力驗證活動，本實驗室證明了從事數(shù)字示波器時基測量等指定項目參數(shù)的對外校準(zhǔn)能力，確保了實驗室認(rèn)可項目的準(zhǔn)確性和有效性，增加了客戶以及相關(guān)方對本實驗室的信任，也增強了實驗室自身的信心。因此，本次活動對做好能力驗證等相關(guān)活動提供了寶貴經(jīng)驗，更對實驗室的發(fā)展有著重要意義。