引言

 

防爆电气产品的生产企业在生产和检验过程中经常使用示波器。对于防爆电气产品的质量控制和数据可追溯性，定期校准和评估示波器的不确定性尤为重要。随着技术的发展，示波器的时间、范围和精度都有所提高。数字示波器自动校准系统也在发展中，应符合JJF1057-1998《数字存储示波器校准规范》和GJB7691-2012《数字示波器验证规程》。基于自动校准系统，研究了示波器参数的不确定性评估。

 

1.来源分析的不确定性

 

1.1介绍不确定性

 

测量不确定性是一个与测量结果相关的参数，表示合理地赋予测量值的分散性。不确定性科学地表示了未知测量真实值的测量结果。为了正确评估测量结果的不确定性，我们必须理解不确定性的概念，并区分测量不确定性和测量误差。测量误差是测量值与真实值之间的差异，表示测量结果接近测量值。测量不确定性表明，给定的测量结果不是一个值，而是分散在测量结果附近的无限多个值，可以根据不同的可信度进行测量。测量不确定性是一种基于统计理论的接近最佳值的估计，不一定反映测量结果接近测量值的程度。

 

1.2不确定度源分析

 

不确定性来源的分析取决于对测量方法、测量设备和测量的详细理解，必须对具体问题进行具体分析。不确定性的评估是对测量结果的。原则上，应考虑影响测量结果的因素。在明确不确定性来源的前提下，应考虑主要影响因素，可忽略影响较小的因素。在不确定度分析中，实验标准偏差为A类标准不确定度分量，其余为B类标准不确定度分量。最终表达测量不确定度时，应符合数据规则，保持测量结果的末位与不确定度的末位对齐。参照GB/T27418-2017《测量不确定度评定与表示》、JJF1059-2012测量不确定性的评估和表示可能有以下来源：（1）测量定义不完整；（2）测量定义值的复制不理想；（3）测量样本可能不完全代表定义的测量；（4）对环境条件的影响缺乏了解或对环境条件的测量不完善。

 

校准原理及校准项目

 

2.1校准原理

 

数字示波器校准一般使用的测量标准设备包括：多功能校准器和附件，数字示波器的自动校准系统也源源不断地涌现，其中福禄克开发的应用软件平台被广泛使用。该系统采用5520校准仪作为校准装置，通过示波器校准仪产生一定的标准信号。数字示波器接收信号后进行测量，对测量数据进行分析处理，实现校准数字示波器相应技术参数的校准。

 

2.2校准项目

 

数字示波器校准的主要计量项目包括：频带带宽、瞬态响应、有效位数、信噪比、垂直偏转系数和误差、扫描时间因数、通道随机噪声、时间测量、范围测量、触发特性、通道间延迟时差、直流增益精度、通道隔离、方波校准信号、输入阻值、各种项目。

 

数字示波器自动校准系统及不确定度评定研究

 

3.1数字示波器自动校准系统的组成

 

为了解决传统校准方法费时费力、校准结果可靠性的技术问题，通过设置测量标准设备（示波器校准仪Fluke5520）和学校数字示波器驱动程序，实现校准的远程自动控制，解决传统人工校准需要人工调整输出和测量参数的问题。自动化系统分为系统软硬件组成，主要功能包括：获取被检数字示波器型号、编号、通道、示波器校准仪通信地址等，获取失败报警提醒；校准参数配置，如方波校准信号标准值等。保存校准参数和校准点的记录。校准测试、校准波形实时显示、校准数据处理、校准结果、保存数据等。自动生成校准报告。

 

3.2软件操作

 

数字示波器自动校准系统基于Windows7及以上操作系统。根据软件的组织结构，软件的组织结构、处理过程和功能分布分为数据存储层、数据处理层和人机交互层。其中，数据存储层负责数据的修改、查询和添加，数据处理层主要向仪器发送指令，接收仪器返回的数据，通过校准程序校准接收数据，并在数据库中存储数据。该层是自动校准功能实现的核心。人机交互层主要为人们提供校准、仪器参数设置等操作界面。由于多任务操作模式，多个模块可以同时运行。为了满足示波器的自动校准功能，实现操作方便的目的，软件具有以下功能：只允许有权限的人登录系统进行相关操作。根据校准操作要求，选择是否生成证书。同时，编辑并查询生成的证书，并决定是否打印，所有操作完成后即可退出系统。数字示波器自动校准系统主要包括登录模块、校准模块、数据管理模块、文件管理模块等。校准模块可以选择不同的校准规范，分别进入相应的程序应用程序，实现不同的功能。

 

3.3基于数字示波器自动校准系统的测量不确定度

 

由于数字示波器的参数很多，以更常用的电压为例进行评估。由于系统由示波器校准仪提供校准信号，不确定性的主要来源是示波器校准仪Fluke5520电压输出的不准确和不稳定。不准确引入的不确定性采用B类方法进行评估，并检查技术说明书中的具体值进行计算。此外，不稳定引入的不确定性采用A类方法进行评估，重复测量10次。最后，根据公式计算合成不确定性和扩展不确定性。

 

结语

 

为了长期保持数字示波器测量结果的不确定性不扩大，保持数据的可追溯性，除定期校准外，还应进行期间检查，并注意设备的维护。