焦度計不確定度評定與計量檢定分析

黎兆允

[摘? ? 要]在對焦度計的主要類型進行分析的基礎上，從焦度計測量的自動對焦原理和調(diào)焦原理出發(fā)，對焦度計不確定度評定及其計量檢定等有關內(nèi)容進行分析。

[關鍵詞]焦度計;不確定度評定;計量檢定;分析

[中圖分類號]TH783 [文獻標志碼]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 焦度計的類型與特點分析

對焦度計的主要類型，根據(jù)其在測量應用中的工作原理不同，可以分為自動對焦與調(diào)焦兩種不同類型。其中，以自動調(diào)焦作為基礎進行測量應用的焦度計，它在實際應用中的分辨率較高，并且進行測量應用的操作復雜性也相對較低，能夠通過自動讀數(shù)來有效避免人工參與導致的誤差情況發(fā)生，促進自身在實際應用中的作用和優(yōu)勢提升。自動對焦焦度計在實際應用中的測量分析精確度相對較高，一般可達到0.01 m-1。而以調(diào)焦為基礎的焦度計，它與自動對焦的焦度計不同，在實際應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，并且上述兩種調(diào)焦型焦度計在實際測量應用中，其精確度一般在0.25～0.12 m-1。在具體測量分析應用中，采用調(diào)焦型的焦度計進行測量和分析應用時，通過對焦度計本身的刻度進行更加詳細的劃分和設置，還能夠促進其測量應用的精確度達到0.02 m-1左右，具有更為突出的測量和分析應用優(yōu)勢。

2 焦度計的不確定評定與計量檢定分析

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

2.1 自動對焦焦度計的不確定評定

在進行自動對焦焦度計的不確定評定與計量檢定分析時，①建立相應的數(shù)學模型，并在該模型支持下，通過對其焦度計的標準不確定度分量進行分析;②合成標準不確定度，計算出焦度計修正值的擴展不確定度;③根據(jù)最終測量和分析的結(jié)果，對該焦度計的檢定結(jié)果進行評價。

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

（1）

（2）

建立數(shù)學模型之后，就需要圍繞自動對焦焦度計的標準不確定度分量以及合成標準不確定度、擴展不確定度等內(nèi)容進行分析、評定和計算，并根據(jù)其最終測量和分析的結(jié)果，對該焦度計的檢定結(jié)果進行評價。

2.1.1 頂焦度標準鏡片標準值的標準不確定度的評定

在進行自動對焦焦度計的標準不確定度分量評定中，先利用頂焦度標準鏡片及其標準制，對頂焦度標準鏡片本身存在的不確定度進行全面與合理的測量分析，并根據(jù)有關標準開展更深層次的計量檢定和評價。依照《頂焦度計量器具檢定系統(tǒng)表》（JJG2090—1994）中的有關規(guī)定，對通過上一級的計量基準進行計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 實際測量值的標準不確定度的評定

對自動對焦焦度計的實際測量值，在對其標準不確定度 進行測量評定中，由于該標準不確定度的主要來源為焦度計測量重復性引入的標準不確定度、焦度計分辨力引入的標準不確定度及焦度計由“+/-”模式轉(zhuǎn)換的非線性變化引起的標準不確定度等，上述標準不確定度（、、）共同構(gòu)成了自動對焦焦度計的實際測量值d的標準不確定度 。

2.1.2.1? 焦度計測量的重復性所引起的標準不確定度（）

通常對在正常狀態(tài)下的自動對焦焦度計，按照檢定規(guī)程要求的條件對標準鏡片進行重復測量，其測量結(jié)果的最大發(fā)散范圍為0.02～0.03 m-1。比如，在對某型號的自動對焦焦度計在10 m-1處進行10次重復測量，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)，由貝塞爾公式進行計算分析，可對其單次測量的實驗標準差s進行計算后獲取：

=0.008 m-1

在實際測量與計量檢定分析中，由于對各點均需要進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? 焦度計分辨力引入的標準不確定度的評定

根據(jù)自對焦焦度計測量的實際情況，其中，在對自動對焦焦度計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)間也可進行確定，即為：[-δ/2，+δ/2]，按均勻分布計算，則：

=（δ/2）=（0.01 m-1/2）=0.03 m-1

2.1.2.3? 焦度計的“+/-”模式轉(zhuǎn)換中非線性變化所引起的標準不確定度（）

由于自動對焦焦度計進行模式轉(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)有關實驗分析及其結(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)均勻分布計算，則：

=（0.03 m-1/2）=0.009 m-1

2.1.2.4? 實際測量值d的標準不確定度的計算

根據(jù)上述對實際測量值d的標準不確定度的主要來源和組成分析，按照《計量標準考核規(guī)范》（JJF1033—2016）中的C.1.4項有關規(guī)定顯示，在具體測量和評定中，如果其標準不確定度d中因重復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行對比時，出現(xiàn)大于該不確定度分量的情況時，重復性中已經(jīng)包含分辨力對測量結(jié)果的影響，故不應當再考慮分辨力引入的不確定分量。所以在計算實際測量值d的標準不確定度時，只需把和進行合成。由于和相互獨立，則：

=0.010 m-1

2.1.3 合成標準確定度的評定

由于不確定度分量和相互獨立，則：

=0.014 m-1

2.1.4 擴展不確定的評定與表示

取包含因子k=2，則擴展不確定度為：=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，對自動對焦焦度計的頂焦度修正值c，其測量的擴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，在獲得自動對焦焦度計的頂焦度修正值及其擴展不確定度等結(jié)果后，根據(jù)有關標準，對自動對焦焦度計的頂焦度計量檢定系統(tǒng)的各參數(shù)結(jié)果是否符合要求進行對照判斷，從而為自動對焦焦度計的實際測量和應用提供支持。

2.2 調(diào)焦焦度計的不確定測量與計量檢定

在進行調(diào)焦焦度計的不確定度測量與計量檢定中，對其數(shù)學分析模型的建立，雖然兩種不同的調(diào)焦焦度計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，可通過上述對自動調(diào)焦焦度計的不確定度測量分析數(shù)學模型，來實現(xiàn)對應的調(diào)焦焦度計不確定度測量分析模型建立。此外，在對調(diào)焦焦度計的分量標準以及合成標準、擴展不確定度測量與結(jié)果評價中，對焦度計測量的分量標準不確定度分析，根據(jù)其調(diào)焦工作原理以及焦度計的具體結(jié)構(gòu)特征等內(nèi)容，可將導致焦度計測量過程中的頂焦度修正值不確定度發(fā)生的主要原因，從以下幾個方面進行簡單總結(jié)，即：焦度計測量過程中重復調(diào)焦測量所導致的標準不確定度;檢定操作人員視覺上的差異所造成的標準不確定度;頂焦度的標準鏡片所引起的標準不確定度;進行焦度計讀數(shù)估讀中所產(chǎn)生的標準不確定度等。在進行焦度計的不確定度測量與計量檢定中，對上述分量標準不確定度，均需要按照有關要求與標準進行計算確定。此外，對調(diào)焦焦度計的合成標準不確定度測量和計量檢定分析，根據(jù)其不確定度分量之間的各自獨立性特征，即可對其合成標準不確定度根據(jù)有關方法進行計算和表示，并在實現(xiàn)焦度計各項標準不確定度測量基礎上，根據(jù)最終結(jié)果，對該焦度計在實際測量中的準確性進行檢定和評價，以滿足其實際測量和應用的有關需求。

3 結(jié)束語

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

參考文獻

[1] 孫飛.驗光配鏡用計量器具檢定中的相關問題探討[J].中國計量，2020（11）：114-115，125.

[2] 趙揚.焦度計在實際應用中由鏡片支座混用帶來的誤差分析[J].市場監(jiān)督管理，2020（8）：41-42.