生物显微镜放大倍数误差测量结果不确定度分析论文_吕雅琪

摘要：利用标准玻璃刻线尺和十字分划目镜, 对生物显微镜物镜放大倍数误差的测量不确定度进行评定, 分析测量不确定度的来源, 计算标准不确定度, 最终得出扩展不确定度。

关键词：生物显微镜；放大倍数误差；不确定度

引言：

本规范所涉及的是生物显微镜的校准, 主要是指生物显微镜在使用中对测量有影响的参数进行校准, 以保证经校准的生物显微镜可以提供准确的测量结果, 同时也为校准实验室在生物显微镜的校准能力认可中提供一个有法律效力的技术依据。

从校准规范所确定的计量特性看, 一方面参考了GB/T2985-2008《生物显微镜》标准中要求的检验项目, 另一方面也对生物显微镜自身的光学技术参数 (包括数值孔径、分辨力、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等) 进行必要的分析和确认, 考虑到有些技术参数是与正常使用有关, 并未对测量带来量值上的影响, 基于此, 校准规范的计量特性在确定时作了适当的取舍, 所确认的计量特性基本可以满足生物显微镜在使用中对量值的要求。随着标准器具制造生产工艺的逐步完善, 还会有一些相应的计量特性补充到校准规范里。

1 对物镜放大倍数误差校准方法的理解

校准规范之6.2.1.1中的描述为“ 使用10×十字分划目镜和标准玻璃线纹尺进行测量，首先将显微镜目镜视度调节至0位置, 标准玻璃线纹尺置于被测显微镜的载物台上, 调节物镜的像面距离, 使标准玻璃线纹尺在目镜分划尺上成清晰像”, 这里说到了将显微镜目镜视度调节至0位置。其目的是避免不在0视度位置, 通过目镜对观测物进行瞄准时, 为了适应视度变化, 在观察到观测物的清晰像时, 不同视度下像的位置会发生变化, 即实际物距、像距改变了。这将影响到物镜放大倍数的测量结果, 因为物镜的放大倍数实际上与物镜的焦距及物距、像距有关。

从上述推导公式可以看出, 一个物镜的焦距是不变的, 如果物距或者像距发生变化, 则计算出的物镜放大倍数就会改变, 这也就说明了为什么校准规范之6.2.1.1中必须要有“首先将显微镜目镜视度调节至0位置”的要求了, 否则测量得到的物镜放大倍数是不准确的。

在此需要说明, 上述的操作是针对生物显微镜不带有目镜刻线分划板的情况, 如果所校准的生物显微镜本身配有观察测量用的目镜刻线分划板 (该分划板的刻线准确度按照6.2.4的方法校准) , 则在校准物镜放大倍数误差时, 可以不对目镜视度调节作必须调整至0位置的要求。此时需要通过目镜的视度调节, 使测量观察者能够清晰地看清楚目镜分划板的刻线, 然后再进行物镜放大倍数误差的测量。

2 物镜放大倍数误差的计算

校准规范6.2.1中给出的放大倍数误差计算公式为, 这是按照误差定义给出的计算公式, 与GB/T2985-2008中表述的物镜名义放大率的相对误差表述有差异, 但这是校准规范在描述中必须遵守的规则, 其中的β物、β标准分别代表物镜放大倍数的实测值和标准值。

由于实际工作中β标准不易确定, 能够知道的也就是物镜放大倍数的名义值 (标称值) 和校准中实际测量得到的实测值。鉴于此种情况, 在6.2.1中进行放大倍数误差的计算时, 应对上述公式中的具体项目作必要的说明, 以满足实际校准中给出生物显微镜物镜放大倍数误差的校准结果。具体做法为物镜放大倍数的名义值以β标准代入, 实际校准中得到的物镜放大倍数实测值以β物代入, 进行公式计算后即得到物镜放大倍数误差的校准结果。

3测量方法

对不同倍数的物镜，用标准玻璃线纹尺和10×十字分划目镜组合进行测量，物镜放大倍数误差以实测放大倍数与名义放大倍数之差的相对误差确定。

4数学模型

5方差与灵敏度系数

6标准不确定度评定

6.1测量读数不准引入的标准不确定度

该项不确定度分量包含10×十字分划目镜分划尺刻线间的误差引入的标准不确定度、测量时对零瞄准的影响引入的标准不确定度以及测量相应被测刻线时估读引入的标准不确定度三项。

6.1.1 10×十字分划目镜分划尺引入的标准不确定度

测量标准玻璃线纹尺在10×十字分划目镜分划尺上成的像时，其引入的误差主要由

10×十字分划目镜分划尺刻线间最大允许误差决定。10×十字分划目镜分划尺任意两刻线间的最大允许误差为±5μm，服从均匀分布，则引入的标准不确定度为：

6.1.2对零瞄准的影响引入的标准不确定度

对零瞄准采用单刻线瞄准，当采用10×物镜和10×十字分划目镜时（系统放大倍数100×），其瞄准不可靠性60″，则瞄准误差为：

6.1.3测量相应被测刻线时估读引入的标准不确定度

测量相应被测刻线时，通过观察被测刻线在10×十字分划目镜分划尺上成的像。读数时采用估读的方式，10×十字分划目镜分划尺刻线间隔为0.1 mm，其估读误差为分度值的1/10，服从均匀分布，则引入的标准不确定度为：

6.2标准玻璃线纹尺引入的标准不确定度

标准玻璃线纹尺任意两刻线间的最大允许误差为±2μm，服从均匀分布，则引入的标准不确定度为：

7合成标准不确定度

当物镜放大倍数名义值为10×时，在视野范围内能看到1 mm范围的标准玻璃线纹尺，此时1 mm范围的标准玻璃线纹尺的像在10×十字分划目镜成像长度约为10 mm，带入上式得到合成标准不确定度为：

8扩展标准不确定度

取包含因子k=2，则

9 日常常规校准测量不确定度的预评估

日常常规工作中, 使用显微镜校准装置对生物显微镜进行校准。根据JJF1402-2013《生物显微镜校准规范》的要求, 对常用倍率物镜的放大倍数误差测量不确定度评估如表1。

参考文献：

[1]依据 JJG 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》分析

论文作者:吕雅琪

论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第24期

论文发表时间:2020/1/16

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