LED 光源灯具光通量的测量不确定度因素分析
魏飞雄
（国家摩托车质量监督检验中心 西安 2012）
[摘 要]：分析了LED 光源灯具光通量测量的影响因素，使用数学模型对测量不确定度进行评定，计算出A 类、B 类不确定度，经过合成，得到在一定的置信区间下的扩展不确定度。 [关键词]：LED 光源灯具；光通量；积分球系统；测量不确定度 前言
随着LED 光源照明产品的广泛应用和政府大力推广，人们对于LED 光源产品质量要求和能效的关注程度在逐步提高。光通量的检测结果是影响LED 光源产品能效质量的必要因素，因此光通量测量的准确性显得尤为重要，而测量结果都不可避免地具有不确定度，测量不确定度是评估测量结果正确性的关键指标。检测系统的测量不确定度对检测结果的影响越来越受重视，对检测实验室的要求不断增加。虽然检测实验室使用的单个仪器和设备都分别依据相应的法定检定规程要求进行了检定或校准，但由多台或多种计量仪器设备组成的测量系统总体的测量不确定度对测量结果有一定的影响，并且这种误差被实验室审核体系日益重视。
本文介绍对E27型LED 光源球泡灯进行一致性检验时，使用积分球系统对光通量的测量不确定度的评定。根据评定要求对样品进行5次检测，通过提高测量不确定度评定时的样本量，以降低随机误差造成的A 类标准不确定度的偏差;另外，测量不确定度来源的分析是以本次试验条件下的人员、设备、标准、环境为依据，可能因分析因素不够全面准确而存在偏差。 1 积分球测量系统的光通量测量不确定度分析
积分球测量系统的设备构成：2m 恒温积分球、HAAS-2000高精度快递光谱辐射计、1.5m 传输光纤、TPS-500B 交流测试电源、D204通用标准光源、Pt1000数字温度计。 1.1 测量结果不确定度的来源
（1）样品重复测量随机误差造成的不确定度；
（2）HAAS-2000光谱辐射计测试系统的系统固有误差造成的不确定度； （3）TPS-500B 交流测试电源电压波动造成的不确定度； （4）线性探测器的测量误差造成的不确定度； （5）标准灯校准结果的不确定度造成的不确定度；
（6）积分球温度控制波动以及实验室外在振动造成的不确定度； （7）积分球本身制造指标的差异造成的不确定度； （8）光纤的传输偏差造成的不确定度；
（9）LED 光源灯具测试安装方向的不同造成的不确定度； （10）LED 光源灯具光通量随点亮时间变化造成的不确定度。 1.2 数学模型
本评定中，被测总光通量是经过测量系统直接测得的，所以采用最简单的一种数学模型，如式[1]：
i φφφ=+∆ [1]
式中： φ—被测总光通量的修正值lm ；
i φ—每次总光通量的测量值lm ；
φ∆—各种误差对被测量结果的影响值lm ；
1.3 方差和传播系数
对于每个输入估计值i x 的标准不确定度，用()i u x 表示；对于估计值y 的合成标准不确定度，用()c u y 表示；则不确定度传播公式可写作：
()()2
2
2
c 1
u n
i i i f y u x x =⎛⎫∂=
⎪∂⎝⎭
∑
[2] 由数学模型公式[1]带入[2]可得：
()()2
2
2c 1
u n
i i i f u φφφ=⎛⎫∂=
⎪∂⎝
⎭∑
[3] 式中i
f φ∂∂是各输入估计值i φ的偏导数，被称为传播系数，用()i c φ表示。式[3]又可写
作：
()()()2
22c
1
u
n
i i i c u φφφ==∑ [4]
根据数学模型式[1]可知传播系数()2
=1i c
φ。即式[4]又可写作：
()()22c
1
u
n
i i u φφ==∑ [5]
1.4 标准不确定度的A 类评定
对一系列实测值进行统计分析的方法来评定的标准不确定度，称为不确定度的A 类评定，用u A 表示。A 类标准不确定度u A 是由于每次安装不一致、仪器系统本身的不稳定因素而造成的随机误差。由于该随即效应的存在，多次测量的结果都不相同，可以用统计的方法计算其不确定度。表1是LED 光源球泡灯进行一致性检验时5次检验的实测值。
根据白塞尔公式算得实验标准差（σ）：
0.729σ=（lm ）
则标准A
类不确定度：
0.7290.326A u =
=
=（lm ）
自由度： 14A n ν=-= 1.5 标准不确定度的B 类评定
测量工作中，有时无法取得实测值并进行统计分析，它们往往只是给出了一个极大值或极小值，或提供了结果的一个概率区间，但未给出其分布及自由度的大小，而只能采取非统计方法来评定的标准不确定度，称为不确定度的B 类评定，用u B 表示。标准不确定度的B 类评定的公式：
()i i
x k a u =
[6]
式中：i x —输入估计值，取自制造说明书，检定或校准证书手册或其他资料提供的数据、
准确度等级或级别，包括目前暂时使用的极限误差等；
i k —包含因子，取值根据该分量的B 类不确定度的实际分布形式来确定；
a —该分量的B 类不确定度的分散区间的半宽。
1.5.1 由HAAS-2000光谱辐射计测试系统固有的系统误差估算的不确定度1u
根据HAAS-2000
光谱辐射计的检定证书，该系统的相对极限误差±1.0%，设该系统的误差为均匀分布，则1k ()2
1=1c
φ，估计其相对不确定度10%。
则由式
[6]得不确定度：179.772.1%
0.460u ⨯=
= （lm ）
自由度： ()()-2
1121010050ν==
1.5.2 由TPS-500B 交流测试电源电压波动造成的误差估算的不确定度2u
根据TPS-500B 交流测试电源的检定证书，电源的测量不确定度为0.1%，造成输出量变化的极限误差≤0.1%
，设电压波动造成的误差为均匀分布，则2k ，传播系数()2
2=1c φ，
估计其相对不确定度10%。
则由式[6]得不确定度：20.046u =
= （lm ）
