遮光筒式亮度计的不确定度分析

黄蓓

（工业和信息化部电子第五研究所， 广东 广州 510610）

遮光筒式亮度计的不确定度分析

黄蓓

（工业和信息化部电子第五研究所， 广东 广州 510610）

通过研究分析遮光筒式亮度计的校准原理，对遮光筒式亮度计的不确定度进行了评定，这对于建立遮光筒式亮度计的量值传递体系具有重要的意义。

遮光筒；亮度计；不确定度分析

0 引言

亮度计是测量亮度和色度的计量器具，它由光探测器、光学系统和信号输出处理系统所组成。亮度计具有快速、精确、稳定和便携等特点，被广泛地应用于各种需要对光色成分进行分析、测量的行业。

亮度计根据其成像原理，分为成像式亮度计和遮光 筒式亮度 计[1-2]。 在 国家 计 量 检定 规 程 JJG 211-2005[3]《亮度计检定规程》 中， 对成像式亮度计的不确定度分析进行了详细的说明，但对于遮光筒式亮度计的不确定度却没有一个统一的标准，如何分析遮光筒式亮度计的不确定度，对于遮光筒式亮度计校准工作的建标工作开展具有积极的意义。本文将根据遮光筒式亮度计的原理及特点，对其不确定的各种影响因素进行分析，从而得出其不确定度的分析方法。

1 遮光筒式亮度计的检定方法

亮度计的检定装置由亮度测量装置、发光强度标准灯组、标准白板、标准色板、透射色板、标准色温灯和标准亮度计，以及带电测仪的电源等组成。光度测量装置包括精密测光导轨、滑车、灯架和灯丝平面调整仪等。通过调整标准白板到标准灯组之间的距离，可以得到不同的亮度值。

遮光筒式亮度计的检定参照 JJG 211-2005《光亮度计检定规程》 进行校准/检定。 根据标准规定的亮度计技术要求，遮光筒式亮度计并不需要对其进行等级评定， 亮度准确度满足±100%即可。其检定方法为：将一只标准灯和标准透射白板安装在光度测量装置上，并调整好它们的位置。改变标准灯到标准透射白板之间的距离，用标准亮度计标定所处位置的标准亮度值，再将被检遮光筒式亮度计紧贴透射白板，读取亮度计的显示值，并进行3轮试验， 取平均值作为最后的结果[3]。 检定原理图如图1所示。

图1 检定原理图

2 遮光筒式亮度计的不确定度分析

2.1 不确定度分量评定 uc（L）

2.1.1 标准亮度计引入的标准不确定度分量 u1（L）

遮光筒式亮度计的检定使用标准亮度计进行定值。标准亮度计送国家计量院检定，证书给出其扩展不确定度为 3%， k=2。所以标准亮度计引入的标准不确定度分量为：

2.1.2 检定装置短期稳定性引入的不确定度分量u2（L）

检定装置短期稳定性对测量结果不确定度的影响，用重复性实验计算。

在给定电流（i=7.367 A）下点燃标准灯， 调节标准灯的灯丝平面到标准透射白板测试面的距离， 使标准亮度计显示值为 800 cd/m2； 再将遮光筒式亮度计紧贴透射白板中心进行重复性实验，实验结果如表1所示。每测一个测试点，必须重新调试检定装置（包括重新安装标准光源， 重新调节距离等）。

表1 测量结果重复性实验结果

试验标准差为：

JJG 211-2005 规程规定， 每个测量点测量 3次，取平均值作为测量结果，则可得到：

相对误差为：

2.1.3 被测亮度值与标准亮度值的测量条件不一致性引入的不确定度分量 u3（L）被测亮度值与标准亮度值的测量条件不一致性对测量结果不确定度的影响，用重复性实验计算。在给定电流（i=7.367 A）下点燃标准灯， 调节标准灯的灯丝平面到标准透射白板测试面的距离， 使标准亮度计显示值为 800 cd/m2， 再将遮光筒式亮度计紧贴透射白板中心进行重复性实验，实验结果如表2所示。每测一个测试点，必须重新标定标准值和距离，再用被检亮度计进行实验。

表2 测量结果重复性实验结果

试验标准差为：

JJG 211-2005 规程规定， 每个测量点测量 3次，取平均值作为测量结果，则可得到：

相对误差为：

2.1.4 测试面的不均匀性引入的不确定度分量 u4（L）

测试面的不均匀性对测量结果不确定度的影响，用重复性实验计算。

在给定电流（i=7.367 A）下点燃标准灯，调节标准灯的灯丝平面到标准透射白板测试面的距离，标准亮度计对准透射白板中心， 使标准亮度计显示值为 800 cd/m2；再以透射白板中心为圆心，在靠近圆周的位置等距离取8个点，测试各个点的亮度值如下，实验结果如表3所示。

表3 测量结果

JJG 211-2005 规程规定， 每个测量点测量 3次，取平均值作为测量结果，则可得到：

相对误差为：

2.2 检定装置合成标准不确定度分量 uc（L）

2.3 检定装置的扩展不确定度

取置信概率 p=95%， k=2。

检定装置的扩展不确定度为：

U95=k×uc（L）=2×1.5%=3.0%

3 校准结果的验证

使用另一盏发光强度标准灯作为核查标准，分别用经中国计量院检定合格的一级标准亮度计标定两盏灯的亮度值，再用客户送检的遮光筒式亮度计在同一测量条件下测量亮度值（亮度值标定值分别为 100 cd/m2， 400 cd/m2， 800 cd/m2）， 以两组测量数据做比较，亮度示值误差结果如表4所示。

比较结果证明，其偏差小于扩展不确定度U的要求，结论合格。

表4 亮度示值误差测量结果

4 结束语

本文通过研究分析遮光筒式亮度计的校准原理，并开展了大量的试验分析和验证，对遮光筒式亮度计的不确定度进行了评定，以及对遮光筒式亮度计校准装置进行了校准结果的验证，这对于建立遮光筒式亮度计的量值传递体系具有非常重要的意义。

[1] 国防科工委科技与质量司.光学计量 [M].北京： 原子能出版社， 2002.

[2] 国 防 科 工 委 科 技 与 质 量 司. 计 量 技 术 基 础 [M]. 北 京 ：原子能出版社， 2002.

[3]JJG 211-2005， 亮度计检定规程 [S].

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《电子产品可靠性与环境试验》 编辑部

Uncertainty Analysis for Shading Lum inance M eter

HUANG Bei
（CEPREI， Guangzhou 510610， China）

The calibration principle of shading luminancemeter is introduced.The uncertainty of shading luminance meter is analyzed.That is of great significance for developing the quantity transmission of shading luminancemeter.

shading； luminancemeter； uncertainty analysis

TM 744； TM 930.115

:B

:1672-5468（2014）01-0049-03

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.011

2013-06-04

2014-01-16

黄蓓（1980-）， 女， 广州梅州人， 工业和信息化部电子第五研究所赛宝计量检测中心工程师， 主要从事光学计量、无线电计量工作。