不确定度理论在虚拟仪器测量系统中的应用

　　0 引言

　　虚拟仪器已广泛应用于工业、教育以及其他的领域。作为一种测试系统，虽然虚拟仪器具有成本低、适应性强、可复用性高、以及友好的界面等的优点，但随着其普遍应用，影响虚拟仪器精度的因素，如何评估虚拟仪器的测量不确定度这一问题还有待解决。为了解决这些问题，本文参考传统仪器的评定方法及前人的一些方法，综合考虑系统中存在的不确定度源，应用 GUM 的不确定度传播规则[1]，采用组合测量不确定度评估的方法对基于虚拟仪器的光辐射测试系统统进行较精确的不确定度的评估。

　　1 基于虚拟仪器的光辐射测试系统

　　图 1 描述基于虚拟仪器的光辐射测试系统的结构，它的工作原理为 ：首先，光参数通过传感器转换成电信号，信号以适宜的频率进行调理和采样，并且被转换成了一个数字代码，然后进行显示及控制处理。

　　2 不确定度评定方法

　　针对图 1 的光辐射测试系统，其不确定度来源为传感器、信号放大器、DAQ，分光器等测试元件以及软件处理部分。在对测试系统进行评定时，要逐项评定标准不确定度。分为 A 类评定和 B 类评定。最后对其合成和扩展不确定度进行分析。

　　2.1 A类评定方法

　　在重复性或复现条件下，测得 n 个结果 , 随机变量的期望值的最佳估计方法就是取 n 次独立测量结果的算术平均值。当测量结果取 n 次的算术平均平均值时，所对应的 A 类不确定为 ：

.2 B类评定

　　2.2.1 B类评定方法

 　　法则 1 ：假设 N 个相互独立的随机变量(η1，η2，η3，…，ηn)，它们的置信区间 是 ，则ηi的标准不确定度 μi是 ：

         因各不确定度分量 μ11，μ12，μ13，μ14是相互独立的，则合成标准不确定度为 :

　　法则 2 ：设合成总的标准不确定度为 μ，若选定了相应于一定置信概率的置信因子 ，则测量的总扩展不确定度应为 ：

　　法则 5 ：用 x 示系统的一个测量值，则它的测量不确定度 是 ：

　　3 系统不确定度的评定过程

　　3.1 A类不确定度的评定过程

　　3.1.1 A类不确定度

　　根据光源光谱照度测试的方法，其数学模型如式(13)所示 ：

　　3.1.2标准不确定性的A类评定

　　u(v均)反映了系统中各种随机因素，如标准灯供电的随机变化引起的发光的随机变化，外界空气扰动式探测器接受表面的照度发生变化，可能的微小振动引起的探测器位置的变化等。