機動車回復(fù)反射器光度性能檢驗測量不確定度研究

李 鋼 呂雪萍 方素香

（1-天津大學(xué)內(nèi)燃機研究所 天津 300072 2-北奔重型汽車集團(tuán)有限公司）

引言

回復(fù)反射器是機動車上強制要求安裝的重要部件，對夜間行車安全起著很大的作用。國家標(biāo)準(zhǔn)GB11564-2008《機動車回復(fù)反射器》[1]、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會技術(shù)法規(guī)ECE R3《關(guān)于機動車及其掛車回復(fù)反射器認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》（Uniform provisions concerning the approval of retro-reflecting devices for power-driven vehicles and their trailers）[2]和美國聯(lián)邦機動車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS49.571.108《燈具、回復(fù)反射器及輔助裝置》（Lamps，reflective devices，and associated equipment）[3] 都對機動車回復(fù)反射器的各方面性能提出了全面的要求。在所有性能要求中，光度性能是最核心的內(nèi)容。光度性能的好壞是判斷該回復(fù)反射器是否符合要求的最重要指標(biāo)。進(jìn)行光度性能檢測時，需測量距離較遠(yuǎn)的反射光照度，光線到達(dá)照度計時信號較為微弱，這種情況下，測量值對于試驗影響因素比較敏感。為了有效減少各測量因素的影響，降低測量不確定度，提高測量準(zhǔn)確度，本文對光度性能測量中的不確定度來源進(jìn)行了分析，對測量不確定度進(jìn)行了評定，并指出了減小測量不確定度的方向。

1 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)GB11564-2008《機動車回復(fù)反射器》的要求，測量示意圖見圖1。

圖1 測量示意圖

光度性能的檢測指標(biāo)為從回復(fù)反射器反射到觀察測量點的發(fā)光強度值與照射到其表面的照度值的比值，因測試距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)光面直徑，因此，試驗條件滿足光照度平方反比定律，其檢測結(jié)果的計算公式簡化為：

式中：I 為觀察測量點接收到的發(fā)光強度值，mcd；E1為回復(fù)反射器表面中心處接收到的照度值，lx，試驗時，該值穩(wěn)定在10.76lx；E2為回復(fù)反射器將照射到其表面的光線反射至遠(yuǎn)端的微弱光照度計探頭處的照度值，lx；d 為回復(fù)反射器基準(zhǔn)中心與照度計中心的距離，m，試驗時，理論距離為25.36m；CIL 為發(fā)光強度系數(shù)，mcd/lx。

2 不確定度的來源

不確定度的來源有重復(fù)性測量誤差、檢驗設(shè)備精度（如照度計精度）、環(huán)境因素等，如圖2 所示。

圖2 不確定度來源示意圖

3 不確定度評估方法的選擇

參考CNAS-GL35《汽車和摩托車檢測領(lǐng)域典型參數(shù)的測量不確定度評估指南及實例》[4]，對于識別出的影響因素按如下方式評估：由于試驗人員安裝樣品等帶來的影響通過A 類方法進(jìn)行評估，其他因素通過B 類方法進(jìn)行評估。

具體如下：

1）樣品安裝等重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA，采用A 類方法評估；

2）回復(fù)反射器基準(zhǔn)中心與照度計中心實際距離d 的測量誤差引起的不確定度u（d），采用B 類方法評估；

3）照度計引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（E），采用B 類方法評估。

4）根據(jù)CNAS 的調(diào)查分析，環(huán)境因素對試驗結(jié)果帶來的影響極小。因此，評估時，不考慮環(huán)境因素對試驗結(jié)果造成的不確定度。

4 各不確定度分量的評估

各設(shè)備精度等數(shù)值為實際說明書中參數(shù)或計量檢定證書中的結(jié)果。

4.1 樣品安裝等重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（A）

對于樣品安裝等重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（A），對被測量多次測量后，使用貝塞爾公式計算得出。本文的試驗對一只琥珀色樣品進(jìn)行了10 次重復(fù)性試驗，結(jié)果見表1。

表1 重復(fù)性試驗結(jié)果（HV 點）

使用貝塞爾公式[5]對表1 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，可得到其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（A）=1.08%。

4.2 回復(fù)反射器基準(zhǔn)中心與照度計中心實際距離d的測量誤差引起的不確定度u（d）

該不確定度主要由激光測距儀的測量精度引起，查激光測距儀的精度為a=0.000 7m，k=2。

u（d）的計算公式為：

通過公式（2）計算，可得u（d）=0.000 35 m。

urel（d）的計算公式為：

通過公式（3）計算，可得urel（d）=0.001 38%。

4.3 照度值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（E）評估

1）標(biāo)準(zhǔn)照度計誤差E1

根據(jù)測量用照度計校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)結(jié)果的相對擴展不確定度Urel=1.6%，k=2，呈正態(tài)分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

利用公式（4）可計算出urel（E1）=0.8%。

2）微弱光照度計誤差E2

根據(jù)測量用照度計校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)結(jié)果的相對擴展不確定度Urel=5%，k=2，呈正態(tài)分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（E2）通過公式（4）計算為：urel（E2）=2.5%。

3）照度計的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（E）的計算公式為：

計算結(jié)果為urel（E）=2.62%。

5 不確定度分析匯總

以上不確定度來源及分量等見表2。

表2 不確定度分析匯總表

6 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于回復(fù)反射器基準(zhǔn)中心與照度計中心距離d的不確定度遠(yuǎn)小于其它分量，計算時忽略不計。根據(jù)不確定度傳遞與合成理論，回復(fù)反射器光度性能測量結(jié)果的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算公式為：

計算結(jié)果為uref=2.84%。

7 相對擴展不確定度

取包含因子k=2，置信因子p=95%，則回復(fù)反射器光度性能的相對擴展不確定度為：

計算結(jié)果為Uref=5.68%。

8 結(jié)論

由以上分析可以看出，在各項產(chǎn)生測量不確定度的因素中，測試距離產(chǎn)生的分量最小，基本上可以忽略不計；由樣品安裝等重復(fù)性誤差導(dǎo)致的不確定度分量也不大，約有1%；由標(biāo)準(zhǔn)照度計和微弱光照度計精度產(chǎn)生的不確定度分量最大，其合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為2.62%。因此，可以通過規(guī)范試驗人員的試驗方法來減少樣品安裝時的不確定性和及時校正照度計或使用精度更高的照度計的方式來有效降低測量不確定度，提高測量結(jié)果準(zhǔn)確度。