[發明專利]間接式全光路光譜檢測系統的不確定度評估方法

有效

• 申請號: 201610311604.7
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105784270B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 莊志;張毅;黎啟勝;李明海;胡紹全;李翀
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

1.一種間接式全光路光譜檢測系統的不確定度評估方法，其特征在于：該方法采用的評估裝置包括恒溫油槽、光纖壓力檢測系統、計算機、高精度鉑電阻和光柵傳感器，所述光柵傳感器的信號輸出端與所述光纖壓力檢測系統的信號輸入端電連接，所述光纖壓力檢測系統的信號輸出端與所述計算機的輸入端電連接，所述高精度鉑電阻和所述光柵傳感器均設置在所述恒溫油槽內；所述高精度鉑電阻和所述光柵傳感器均設置在玻璃試管內，且兩個所述玻璃試管位于所述恒溫油槽內的同一水平高度；

所述評估方法包括以下步驟：

(1)構建實驗分析系統：通過恒溫油槽、光纖壓力檢測系統、計算機、高精度鉑電阻和光柵傳感器構建實驗分析系統；

(2)獲得測試數據：改變恒溫油槽的溫度，并通過計算機獲取光纖壓力檢測系統的波長偏移量；

(3)建立測量模型：建立光纖壓力檢測系統的測量模型，并通過最小二乘法擬合出光柵傳感器的工作直線；

(4)評定光柵傳感器的不確定度：分析誤差來源，包括隨機誤差引入和非線性誤差引入，分別評定隨機誤差帶來的不確定度、非線性誤差帶來的不確定度、工作直線斜率和截距引入的標準不確定度；

(5)評定光纖壓力測試系統的不確定度：分析誤差來源，包括光纖壓力檢測系統波長測量的重復性/分辨力引入的標準不確定度、光柵傳感器工作直線斜率/截距引入的標準不確定度和恒溫油槽提供溫度值不準確引入的標準不確定度，獲取光纖壓力檢測系統波長測量誤差的合成標準不確定度和擴展不確定度。

2.根據權利要求1所述的間接式全光路光譜檢測系統的不確定度評估方法，其特征在于：上述步驟(3)中測量模型的建立方法如下：

光纖壓力檢測系統波長測量的誤差為：

δ_t＝λ_t-λ_t′ (1)

式中：δ_t—光纖壓力檢測系統在溫度t時的波長測量誤差，nm；

λ_t—光纖壓力檢測系統在溫度t時的波長測量值，nm；

λ_t′—光柵傳感器的在溫度t時的波長輸出值，nm；其中λ_t′為具有資質的第三方計量單位測量獲得；

采用最小二乘法擬合出光柵傳感器的工作直線：

λ＝at+b (2)

式中：λ—光柵傳感器的波長輸出值，nm；

a—擬合直線斜率，nm/℃；

t—光柵傳感器的溫度輸入值，℃；

b—擬合直線截距，nm；

獲得工作直線的斜率a和截距b的表達公式：

其中：m為測量次數；

綜合式(1)和式(2)獲得光纖壓力檢測系統的測量模型公式：

δ_t＝λ_t-λ_t′＝λ_t-at-b (5)。

3.根據權利要求2所述的間接式全光路光譜檢測系統的不確定度評估方法，其特征在于：上述步驟(4)中光柵傳感器的不確定度的誤差來源包括隨機誤差引入和非線性誤差引入，其中隨機誤差包括第三方計量單位測試光柵傳感器的恒溫恒濕箱和光柵光柵解調儀引入的誤差，非線性誤差為采用最小二乘法以有限點替代無限點進行測量估計時由轉換特性引入的誤差；

光柵隨機誤差給工作直線斜率和截距帶來的不確定度的評定方式如下：

對于固定溫度輸入點t_i，由式(3)確定斜率的靈敏系數為：

由式(4)確定截距的靈敏系數為：

對于相關系數的估計值，當i≠j，有：

r(t_i，t_j)＝0，不同輸入溫度之間不相關；

r(λ_i，λ_j)＝0，不同波長測量值之間認為不相關；

r(t_i，λ_j)＝1，測量值與其輸入值認為完全相關；

隨機誤差給工作直線斜率和截距帶來的不確定度為：