[发明专利]间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法

权利要求书

1.一种间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法，其特征在于：该方法采用的评估装置包括恒温油槽、光纤压力检测系统、计算机、高精度铂电阻和光栅传感器，所述光栅传感器的信号输出端与所述光纤压力检测系统的信号输入端电连接，所述光纤压力检测系统的信号输出端与所述计算机的输入端电连接，所述高精度铂电阻和所述光栅传感器均设置在所述恒温油槽内；所述高精度铂电阻和所述光栅传感器均设置在玻璃试管内，且两个所述玻璃试管位于所述恒温油槽内的同一水平高度；

所述评估方法包括以下步骤：

(1)构建实验分析系统：通过恒温油槽、光纤压力检测系统、计算机、高精度铂电阻和光栅传感器构建实验分析系统；

(2)获得测试数据：改变恒温油槽的温度，并通过计算机获取光纤压力检测系统的波长偏移量；

(3)建立测量模型：建立光纤压力检测系统的测量模型，并通过最小二乘法拟合出光栅传感器的工作直线；

(4)评定光栅传感器的不确定度：分析误差来源，包括随机误差引入和非线性误差引入，分别评定随机误差带来的不确定度、非线性误差带来的不确定度、工作直线斜率和截距引入的标准不确定度；

(5)评定光纤压力测试系统的不确定度：分析误差来源，包括光纤压力检测系统波长测量的重复性/分辨力引入的标准不确定度、光栅传感器工作直线斜率/截距引入的标准不确定度和恒温油槽提供温度值不准确引入的标准不确定度，获取光纤压力检测系统波长测量误差的合成标准不确定度和扩展不确定度。

2.根据权利要求1所述的间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法，其特征在于：上述步骤(3)中测量模型的建立方法如下：

光纤压力检测系统波长测量的误差为：

δ_t＝λ_t-λ_t′ (1)

式中：δ_t—光纤压力检测系统在温度t时的波长测量误差，nm；

λ_t—光纤压力检测系统在温度t时的波长测量值，nm；

λ_t′—光栅传感器的在温度t时的波长输出值，nm；其中λ_t′为具有资质的第三方计量单位测量获得；

采用最小二乘法拟合出光栅传感器的工作直线：

λ＝at+b (2)

式中：λ—光栅传感器的波长输出值，nm；

a—拟合直线斜率，nm/℃；

t—光栅传感器的温度输入值，℃；

b—拟合直线截距，nm；

获得工作直线的斜率a和截距b的表达公式：

其中：m为测量次数；

综合式(1)和式(2)获得光纤压力检测系统的测量模型公式：

δ_t＝λ_t-λ_t′＝λ_t-at-b (5)。

3.根据权利要求2所述的间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法，其特征在于：上述步骤(4)中光栅传感器的不确定度的误差来源包括随机误差引入和非线性误差引入，其中随机误差包括第三方计量单位测试光栅传感器的恒温恒湿箱和光栅光栅解调仪引入的误差，非线性误差为采用最小二乘法以有限点替代无限点进行测量估计时由转换特性引入的误差；

光栅随机误差给工作直线斜率和截距带来的不确定度的评定方式如下：

对于固定温度输入点t_i，由式(3)确定斜率的灵敏系数为：

由式(4)确定截距的灵敏系数为：

对于相关系数的估计值，当i≠j，有：

r(t_i，t_j)＝0，不同输入温度之间不相关；

r(λ_i，λ_j)＝0，不同波长测量值之间认为不相关；

r(t_i，λ_j)＝1，测量值与其输入值认为完全相关；

随机误差给工作直线斜率和截距带来的不确定度为：