對(duì)超聲波身高體重秤身高校準(zhǔn)方法的研究

龔俊慶

摘 要：本文通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高度模型，對(duì)超聲波身高體重秤中的身高項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)使用標(biāo)準(zhǔn)高度模型測(cè)量超聲波身高項(xiàng)目的測(cè)量結(jié)果示值誤差測(cè)量進(jìn)行不確定度評(píng)定，通過(guò)闡述測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的各分量對(duì)示值誤差的影響，得到了測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

關(guān)鍵詞：超聲波身高體重秤；測(cè)量結(jié)果；示值誤差；不確定度

0 引言

超聲波身高體重秤是采用微電腦控制和超聲波測(cè)量技術(shù)，自動(dòng)測(cè)量身高，體重，測(cè)量結(jié)果數(shù)碼顯示并語(yǔ)音報(bào)出，可與計(jì)算機(jī)連接，以備存檔。全自動(dòng)操作，簡(jiǎn)便快捷，測(cè)量身高，采用超聲波無(wú)接觸測(cè)量，防止傳統(tǒng)手動(dòng)壓桿測(cè)量存在的交叉感染風(fēng)險(xiǎn)，被廣泛的的運(yùn)用在醫(yī)院、學(xué)校、部隊(duì)、體檢中心、健身房等部門(mén)。

本文通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高度模型，對(duì)超聲波身高體重秤身高進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，用于確認(rèn)儀器的準(zhǔn)確性，并通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)高度模型對(duì)超聲波身高體重秤的身高部分測(cè)量誤差的不確定分析來(lái)確認(rèn)方法的科學(xué)可靠。

1不確定度評(píng)定

本文以測(cè)量分辨率為0.5cm，測(cè)量范圍為（0.5～2）m的超聲波身高體重秤為例，用1米的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)高度模型對(duì)超聲波身高體重秤的身高進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其測(cè)量結(jié)果示值誤差不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1.1 測(cè)量方法

本文采用的標(biāo)準(zhǔn)高度模型由底部一塊（200×200）mm，平面度不超過(guò)0.5mm，厚度為5mm的鋁板，頂部由一塊（300×300）mm，平面度不超過(guò)0.5mm，厚度為5mm的鋁板，中間由直徑50mm鋁桿連接，頂部與底部的平行度不超過(guò)1mm組成。標(biāo)準(zhǔn)高度模型的實(shí)際高度的擴(kuò)展不確定度不超過(guò)1mm（k=2）。

測(cè)量時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)高度模型底面朝下豎直放置在超聲波身高體重秤上，讀取超聲波身高體重秤上身高示值，代入公式（1）計(jì)算示值誤差。

1.2 數(shù)學(xué)模型

△h=H-L （1）

式中 △h ——超聲波身高體重秤身高示值誤差，（cm）；

H——超聲波身高體重秤身高示值，（cm）；

L ——標(biāo)準(zhǔn)高度模型實(shí)際高度，（cm）；

1.3 方差和靈敏系數(shù)

由于輸入量H和L互不相關(guān)：

依： （2）

式中，

1.4 計(jì)算分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

1.4.1輸入量H引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

u（H） 由測(cè)量重復(fù)性u(píng)（H1） 或超聲波身高體重秤分辨率u（H2）

1.4.1.1測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度 u（H1）

采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

在裝置正常工作及重復(fù)性條件下，測(cè)量10次結(jié)果如下：

由貝塞爾公式計(jì)算單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

s= ≈0.211 cm

則u（H1） =s=0.211 cm

1.4.1.2超聲波身高體重秤分辨率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（H2）

采用B類(lèi)不確定度評(píng)定方法。

身高體重秤的的分辨率為0.5cm，半寬 =0.25cm，為均勻分布，

k= ，則：

≈0.144cm

依據(jù)JJF 1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范 C.1.4當(dāng)重復(fù)性引入的不確定分量大于儀器的分辨率所引入的不確定度分量時(shí)，可以不考慮分辨率所引入的不確定度分量。故：

u（H） =u（H1） =0.211 cm

1.4.2輸入量L的引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（L）

輸入量L 由標(biāo)準(zhǔn)高度模型實(shí)際高度測(cè)量結(jié)果不確定度u（L1） ，標(biāo)準(zhǔn)高度模型平面度u（L2） ，標(biāo)準(zhǔn)高度模型頂部與底部平行度u（L3） 引入；

1.4.2.1標(biāo)準(zhǔn)高度模型實(shí)際高度測(cè)量結(jié)果不確定度u（L1）

標(biāo)準(zhǔn)高度模型的實(shí)際高度的擴(kuò)展不確定度U=1mm（k=2），則：

=0.5mm=0.05cm

1.4.2.2標(biāo)準(zhǔn)高度模型平面度u（L2）

標(biāo)準(zhǔn)高度模型的平面度不大于0.5mm， 為均勻分布， k = ，則：

0.29mm=0.029cm

1.4.2.3標(biāo)準(zhǔn)高度模型頂部與底部平面度u（L3）

標(biāo)準(zhǔn)高度模型的平面度不大于1mm， 為均勻分布，k= ，則：

0.58mm=0.058cm

≈0.0067

u（L） ≈0.082cm

1.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

各不確定度分量中不存在相關(guān)性，將以上各項(xiàng)合成有：

uc≈0.23cm

1.6 測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，由上述分析得出：

U=k×uc=2×0.23≈0.5cm （k=2）

2結(jié)論

有上述可知，對(duì)于分辨率為0.5cm超聲波身高體重秤身高測(cè)量結(jié)果不確定度主要由儀器自身的分辨率或重復(fù)性引入，標(biāo)準(zhǔn)高度模型引入的不確定度分量很小。本套裝置穩(wěn)定、準(zhǔn)確，使用方便，能夠?qū)Τ暡ㄉ砀唧w重秤中身高的進(jìn)行快捷準(zhǔn)確可靠的計(jì)量，也可作為身高部分的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)使用。

參考文獻(xiàn)：

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