机动车回复反射器光度性能检验测量不确定度研究

李 钢 吕雪萍 方素香

（1-天津大学内燃机研究所 天津 300072 2-北奔重型汽车集团有限公司）

引言

回复反射器是机动车上强制要求安装的重要部件，对夜间行车安全起着很大的作用。国家标准GB11564-2008《机动车回复反射器》[1]、联合国欧洲经济委员会技术法规ECE R3《关于机动车及其挂车回复反射器认证的统一规定》（Uniform provisions concerning the approval of retro-reflecting devices for power-driven vehicles and their trailers）[2]和美国联邦机动车安全标准FMVSS49.571.108《灯具、回复反射器及辅助装置》（Lamps，reflective devices，and associated equipment）[3] 都对机动车回复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内容。光度性能的好坏是判断该回复反射器是否符合要求的最重要指标。进行光度性能检测时，需测量距离较远的反射光照度，光线到达照度计时信号较为微弱，这种情况下，测量值对于试验影响因素比较敏感。为了有效减少各测量因素的影响，降低测量不确定度，提高测量准确度，本文对光度性能测量中的不确定度来源进行了分析，对测量不确定度进行了评定，并指出了减小测量不确定度的方向。

1 数学模型

根据GB11564-2008《机动车回复反射器》的要求，测量示意图见图1。

图1 测量示意图

光度性能的检测指标为从回复反射器反射到观察测量点的发光强度值与照射到其表面的照度值的比值，因测试距离远远大于发光面直径，因此，试验条件满足光照度平方反比定律，其检测结果的计算公式简化为：

式中：I 为观察测量点接收到的发光强度值，mcd；E1为回复反射器表面中心处接收到的照度值，lx，试验时，该值稳定在10.76lx；E2为回复反射器将照射到其表面的光线反射至远端的微弱光照度计探头处的照度值，lx；d 为回复反射器基准中心与照度计中心的距离，m，试验时，理论距离为25.36m；CIL 为发光强度系数，mcd/lx。

2 不确定度的来源

不确定度的来源有重复性测量误差、检验设备精度（如照度计精度）、环境因素等，如图2 所示。

图2 不确定度来源示意图

3 不确定度评估方法的选择

参考CNAS-GL35《汽车和摩托车检测领域典型参数的测量不确定度评估指南及实例》[4]，对于识别出的影响因素按如下方式评估：由于试验人员安装样品等带来的影响通过A 类方法进行评估，其他因素通过B 类方法进行评估。

具体如下：

1）样品安装等重复性测量引入的标准不确定度uA，采用A 类方法评估；

2）回复反射器基准中心与照度计中心实际距离d 的测量误差引起的不确定度u（d），采用B 类方法评估；

3）照度计引入的相对标准不确定度u（E），采用B 类方法评估。

4）根据CNAS 的调查分析，环境因素对试验结果带来的影响极小。因此，评估时，不考虑环境因素对试验结果造成的不确定度。

4 各不确定度分量的评估

各设备精度等数值为实际说明书中参数或计量检定证书中的结果。

4.1 样品安装等重复性测量引入的标准不确定度urel（A）

对于样品安装等重复性测量引入的标准不确定度urel（A），对被测量多次测量后，使用贝塞尔公式计算得出。本文的试验对一只琥珀色样品进行了10 次重复性试验，结果见表1。

表1 重复性试验结果（HV 点）

使用贝塞尔公式[5]对表1 中的数据进行计算处理，可得到其相对标准不确定度为：urel（A）=1.08%。

4.2 回复反射器基准中心与照度计中心实际距离d的测量误差引起的不确定度u（d）

该不确定度主要由激光测距仪的测量精度引起，查激光测距仪的精度为a=0.000 7m，k=2。

u（d）的计算公式为：

通过公式（2）计算，可得u（d）=0.000 35 m。

urel（d）的计算公式为：

通过公式（3）计算，可得urel（d）=0.001 38%。

4.3 照度值的相对标准不确定度urel（E）评估

1）标准照度计误差E1

根据测量用照度计校准证书，校准结果的相对扩展不确定度Urel=1.6%，k=2，呈正态分布，其相对标准不确定度为：

利用公式（4）可计算出urel（E1）=0.8%。

2）微弱光照度计误差E2

根据测量用照度计校准证书，校准结果的相对扩展不确定度Urel=5%，k=2，呈正态分布，其相对标准不确定度urel（E2）通过公式（4）计算为：urel（E2）=2.5%。

3）照度计的相对标准不确定度urel（E）的计算公式为：

计算结果为urel（E）=2.62%。

5 不确定度分析汇总

以上不确定度来源及分量等见表2。

表2 不确定度分析汇总表

6 合成相对标准不确定度

由于回复反射器基准中心与照度计中心距离d的不确定度远小于其它分量，计算时忽略不计。根据不确定度传递与合成理论，回复反射器光度性能测量结果的合成相对标准不确定度的计算公式为：

计算结果为uref=2.84%。

7 相对扩展不确定度

取包含因子k=2，置信因子p=95%，则回复反射器光度性能的相对扩展不确定度为：

计算结果为Uref=5.68%。

8 结论

由以上分析可以看出，在各项产生测量不确定度的因素中，测试距离产生的分量最小，基本上可以忽略不计；由样品安装等重复性误差导致的不确定度分量也不大，约有1%；由标准照度计和微弱光照度计精度产生的不确定度分量最大，其合成相对标准不确定度为2.62%。因此，可以通过规范试验人员的试验方法来减少样品安装时的不确定性和及时校正照度计或使用精度更高的照度计的方式来有效降低测量不确定度，提高测量结果准确度。