《輸變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置校準規(guī)范 紅外成像在線監(jiān)測裝置》

JJF

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范

JJF××××××××

輸變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置校準規(guī)范：

紅外成像在線監(jiān)測裝置

Calibrationspecificationforonlinemonitoringdevicesofpowerequipment：

Infraredthermalimageonlinemonitoringdevice

(征求意見稿初稿)

××××××××發(fā)布××××××××實施

國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布

JJFXXXX-XXXX

輸變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置校準規(guī)范：

紅外成像在線監(jiān)測裝置

1范圍

本規(guī)范適用于輸變電設(shè)備紅外成像在線監(jiān)測裝置在-20℃~350℃溫度范圍內(nèi)的實驗室

校準和現(xiàn)場校準。

本規(guī)范不適用于輸電線路紅外巡檢無人機、防山火紅外監(jiān)拍裝置的紅外成像相關(guān)性能

參數(shù)的校準。

2引用文件

本規(guī)范引用了下列文件：

JJF1187-2008熱像儀校準規(guī)范

JJF（軍工）78-2014紅外熱像儀成像特性參數(shù)校準規(guī)范

GB/T19870-2018工業(yè)檢測型紅外熱成像儀

凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，

其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。

3術(shù)語和計量單位

3.1紅外成像在線監(jiān)測裝置infraredthermalimageonlinemonitoringdevice

采用“紅外熱成像原理”測量輸變電設(shè)備表面的溫度分布，實現(xiàn)其運行狀態(tài)分析和預(yù)

警的在線監(jiān)測裝置。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，紅外成像在線監(jiān)測裝置通常采取機器人、可移

動導(dǎo)軌/吊軌、可旋轉(zhuǎn)云臺等多種載體形式。

3.2測試距離measuringdistance

監(jiān)測裝置與被測目標之間的距離。

3.3示值誤差errorofindication

監(jiān)測裝置的溫度示值與被測黑體輻射源溫度的約定真值之間的差。

[JJF1187-2008,3.1.2]

3.4信號傳遞函數(shù)（SiTF）

信號傳遞函數(shù)是響應(yīng)度函數(shù)的線性部分的斜率；響應(yīng)度函數(shù)是目標尺寸固定、輸出隨

目標輸入強度變化的函數(shù)。信號傳遞函數(shù)準確反映紅外成像裝置的增益及電平對其視頻圖

1

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像的控制作用。

3.5噪聲等效溫差（NETD）nosieequivalenttemperaturedifference

監(jiān)測裝置觀察一個低空間頻率的圓形或方形靶標時，其視頻信號的信噪比（S/N）為1

時，目標與背景之間的溫差。

[GB/T19870-2018,3.3]

3.6最小可分辨溫差（MRTD）minimumresolvabletemperaturedifference

在特定的空間頻率下，觀察者剛好能分辨出四桿靶時，目標與背景間的溫差。

[GB/T19870-2018,3.13]

3.7測溫一致性measurementuniformity

監(jiān)測裝置視場內(nèi)不同區(qū)域溫度測量結(jié)果的一致性。

[GB/T19870-2018,3.9]

3.8特征空間頻率characterspatialfrequency

監(jiān)測裝置光學(xué)焦距與探測器像元中心間距之比的1/2。

[GB/T19870-2018,3.14]

3.9紅外成像裝置性能參數(shù)測試系統(tǒng)performanceparametertestingsystemforinfrared

imagingdevice

對紅外成像裝置的信號傳遞函數(shù)、噪聲等效溫差、最小可辨溫差進行測試和校準的專

用測試系統(tǒng)，一般由紅外輻射溫差源、平行光管、靶標盤、視頻采集系統(tǒng)、視頻監(jiān)視器/

顯示系統(tǒng)、控制軟件構(gòu)成。

3.10儀器常數(shù)instrumentconstant

紅外成像裝置性能參數(shù)測試系統(tǒng)的實際輻射溫差與其黑體輻射源控制系統(tǒng)顯示的溫

差的比值，體現(xiàn)了紅外成像裝置性能參數(shù)測試系統(tǒng)出瞳的差分輻射量與其理論差分輻射量

的差異。儀器常數(shù)與其紅外差分輻射準直系統(tǒng)的輻射傳輸比、黑體輻射源的發(fā)射率及靶標

的發(fā)射率或反射率等因數(shù)有關(guān)，可通過經(jīng)校準的紅外輻射計等儀器得到。

[JJF78-2014（軍工）,3.1]

4概述

監(jiān)測裝置通過對輸變電設(shè)備進行紅外成像和溫度測量，來實時反映輸變電設(shè)備的運行

狀態(tài)。監(jiān)測裝置由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、測量電路單元、供電單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、成像顯

示單元、數(shù)據(jù)分析單元組成，如圖1所示。部分監(jiān)測裝置還帶有底座、導(dǎo)軌、云臺、機器

2

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人等載體，實現(xiàn)裝置移動或視場改變，完成對多個目標、多個區(qū)域的監(jiān)測。

紅外在線監(jiān)測裝置前端單元1

供電單元

有線/無線傳輸

探測器測量電路單元

紅外線

光學(xué)系統(tǒng)機械底座

或云臺

紅外在線監(jiān)測裝置前端單元2

供電單元

輸紅外在線監(jiān)測裝置后臺處理系統(tǒng)

有線/無線傳輸

變探測器測量電路單元成像顯示單元數(shù)據(jù)分析單元

紅外線

電光學(xué)系統(tǒng)機械底座

設(shè)或云臺

備

紅外在線監(jiān)測裝置前端單元n

供電單元

有線/無線傳輸

探測器測量電路單元

紅外線

光學(xué)系統(tǒng)機械底座

或云臺

圖1監(jiān)測裝置工作原理和結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)指標的差異，監(jiān)測裝置分為：一般巡檢型、精確診斷型。一

般巡檢型主要用于輸變電設(shè)備的例行巡視和普通監(jiān)測，精確診斷型主要用于對關(guān)鍵重點設(shè)

備的精確測溫和狀態(tài)診斷。

5計量特性

5.1測溫準確度

監(jiān)測裝置在-20℃~+350℃測溫范圍內(nèi)，測溫最大允許誤差：±2℃/±2%讀數(shù)（取絕對

值大者）。

5.2測溫一致性

監(jiān)測裝置在0℃~100℃測溫范圍內(nèi)，測溫一致性要求如下：

a)一般巡檢型：±2℃；

b)精確診斷型：±0.5℃。

5.3噪聲等效溫差（NETD）

監(jiān)測裝置的NETD要求如下：

a)一般巡檢型：NETD值≤0.15℃；

b)精確診斷型：NETD值≤0.10℃。

3

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5.4最小可辨溫差（MRTD）

在選擇0.5倍特征空間頻率對應(yīng)的四桿靶，且監(jiān)測裝置處于與NETD校準時一致的工

作模式下，監(jiān)測裝置的MRTD要求如下：

a)一般巡檢型：MRTD值≤0.8℃；

b)精確診斷型：MRTD值≤0.6℃。

5.5短時穩(wěn)定性

監(jiān)測裝置在連續(xù)通電工作的情況下，24小時內(nèi)的溫度示值的波動量不超過±2℃/±2%

讀數(shù)（取絕對值大者）。

注：上述指標不作合格性判定依據(jù)，僅供參考。

6校準條件

6.1環(huán)境條件

實驗室校準的環(huán)境條件應(yīng)滿足以下要求：

——電源電壓：（220±11）V；

——電源頻率：（50±0.5）Hz；

——環(huán)境溫度：（20±5）℃；

——相對濕度：不大于85%，無凝露；

——無強環(huán)境熱輻射。

現(xiàn)場校準時，被校紅外監(jiān)測裝置和標準黑體輻射源的供電電源條件、所處的環(huán)境條件

應(yīng)符合其使用要求；除此之外，現(xiàn)場校準的環(huán)境條件宜滿足以下要求：

——環(huán)境溫度：（5~40）℃；

——相對濕度：不大于85%，無凝露；

——風(fēng)速不大于5m/s（風(fēng)力等級3級及以下），且天氣晴朗，無雨、雪、霧等情況；

——被校紅外監(jiān)測裝置與黑體輻射源之間的空間區(qū)域內(nèi)無其他明顯熱輻射體（如運行

中的變壓器、電抗器等）。

6.2測量標準及其他設(shè)備

6.2.1標準裝置

使用黑體輻射源作為溫度示值誤差校準、測溫一致性校準、穩(wěn)定性校準的標準裝置，

使用紅外成像裝置性能參數(shù)測試系統(tǒng)作為NETD、MRTD校準的標準裝置。標準裝置的計

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量性能應(yīng)滿足表1的要求。

表1標準裝置的主要技術(shù)指標

類型序號參數(shù)名稱主要技術(shù)指標

1溫度范圍-20℃~+350℃

腔式黑體輻2空腔有效發(fā)射率0.99±0.01

射源

±0.05℃（100℃以下）；

3溫度穩(wěn)定性

±0.1℃（100℃~350℃）

焦距大于等于被校準裝置焦距的3倍；

1平行光管

通光口徑大于監(jiān)測裝置接收口徑；

差分溫度范圍：-15℃~+35℃；

溫差不確定度：±0.025℃；

溫差穩(wěn)定性：≤0.05℃

2紅外輻射溫差源溫度均勻性：±0.05℃；

溫度調(diào)整率：≥10℃/min；

紅外成像裝發(fā)射率：≥0.95；

置性能參數(shù)溫度顯示分辨率：0.001℃

測試系統(tǒng)四桿靶：4個長寬比為7:1等寬分布標桿，與

監(jiān)測裝置的特征空間頻率對應(yīng)；

3靶標

半月靶或圓形靶：張角不小于監(jiān)測裝置瞬時視

場30倍

數(shù)據(jù)傳輸支持常見視頻制式；

光學(xué)平臺及采集

4光學(xué)平臺可調(diào)節(jié)被校裝置與平行光管相對位

控制系統(tǒng)

置，使其中心同軸

5顯示器分辨率不低于1080P

6.2.2校準所需支架

實驗室校準時，需采用支架將被校監(jiān)測裝置進行固定。要求支架能調(diào)節(jié)被校監(jiān)測裝置

與黑體輻射源之間的相對位置，使得被校監(jiān)測裝置的視場面與黑體輻射源的輻射面一致。

現(xiàn)場校準時，由于被校監(jiān)測裝置已處于安裝運行狀態(tài)、不易拆卸；且被監(jiān)測設(shè)備可能

處于帶電運行狀態(tài)。因此，需采用合適的支架，將黑體輻射源固定，使被校監(jiān)測裝置的視

場面與黑體輻射源的輻射面一致。如被監(jiān)測設(shè)備處于帶電運行狀態(tài)時，支架宜布置在電力

設(shè)備巡視通道上；同時，需確保黑體輻射源的固定與操作過程中，操作人員、黑體輻射源、

支架及其他輔助設(shè)備與被校監(jiān)測裝置周圍可能存在的帶電體保持足夠的安全距離。對變壓

器、電抗器、套管、換流閥等電力設(shè)備附近安裝的監(jiān)測裝置，通常安裝在防火墻或構(gòu)架高

處，可采用高空作業(yè)平臺或能調(diào)節(jié)俯仰角的支撐平臺作為支架；對于開關(guān)柜、二次屏柜等

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電力設(shè)備附近安裝的監(jiān)測裝置，可采用帶滾輪的光學(xué)平臺或能承受黑體輻射源重量的三腳

架作為支架。

6.2.3絕緣電阻測試儀

準確度等級不低于5級，額定電壓不低于1kV。

6.2.4耐電壓測試儀

準確度等級不低于5級，額定電壓不低于2kV。

6.2.5激光測距儀

測量范圍0~30m，測量誤差不超過±0.2m。

7校準項目和校準方法

7.1校準項目

校準項目見表2。

表2校準項目

序號校準項目實驗室校準現(xiàn)場校準

1溫度示值誤差●●

2測溫一致性●●

3噪聲等效溫差●○

4最小可辨溫差●○

5短時穩(wěn)定性●○

注：“●”表示應(yīng)開展的校準項目；“○”表示不作要求的校準項目。

7.2校準方法

7.2.1校準前準備

a）外觀及通電檢查

實驗室校準時，采用目測法進行外觀及通電檢查，檢查內(nèi)容包括：

——監(jiān)測裝置本體工作正常、后臺顯示正常；含云臺或底座者，云臺或底座運動正常；

——監(jiān)測裝置前端單元或后臺處理系統(tǒng)明確標明名稱、型號、測量范圍、最大允許誤

差、制造廠名稱、出廠日期、出廠編號等信息；

——監(jiān)測裝置通電后，顯示屏、指示燈應(yīng)正常，各單元應(yīng)正常工作；

——使監(jiān)測裝置通電后的熱機時間達到制造商的要求后，再進行測量；

——監(jiān)測裝置光學(xué)鏡頭上有無影響成像效果的遮蔽物（如灰塵、落葉等）；如有遮蔽

物，應(yīng)按使用說明書清潔鏡頭。

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現(xiàn)場校準時，監(jiān)測裝置處于通電運行狀態(tài)，采用目測法進行外觀檢查，檢查內(nèi)容包括：

——監(jiān)測裝置本體工作正常、后臺顯示正常；含云臺或底座者，云臺或底座運動正常；

——監(jiān)測裝置前端單元或后臺處理系統(tǒng)明確標明名稱、型號、測量范圍、最大允許誤

差、制造廠名稱、出廠日期、出廠編號等信息；

——監(jiān)測裝置光學(xué)鏡頭上有無影響成像效果的遮蔽物（如灰塵、落葉等）；如有遮蔽

物，應(yīng)按使用說明書清潔鏡頭；

——監(jiān)測裝置前端單元與后臺處理系統(tǒng)通訊流暢，成像畫面無卡頓現(xiàn)象；有云臺操作

功能的監(jiān)測裝置，還應(yīng)檢查云臺，確保云臺操作無卡頓或失控情況。

b）絕緣電阻

實驗室校準時，采用交流電源供電的監(jiān)測裝置開展絕緣電阻試驗。使用絕緣電阻表測

量被校監(jiān)測裝置電源輸入端與機殼之間的絕緣電阻，試驗電壓500V，絕緣電阻測量值應(yīng)不

小于20MΩ。

c）介電強度

實驗室校準時，采用交流電源供電的監(jiān)測裝置開展介電強度試驗。使用耐電壓測試儀

在被校監(jiān)測裝置的電源輸入端與機殼之間，施加工頻電壓2kV，歷時1min，應(yīng)無飛弧和擊

穿現(xiàn)象。

7.2.2溫度示值誤差

（1）實驗室校準

結(jié)合被校準監(jiān)測裝置的視場和焦距、以及其安裝位置距被監(jiān)測電力設(shè)備之間的距離，

在1m~15m之間選擇2~3個距離點作為測試距離。調(diào)節(jié)監(jiān)測裝置與黑體輻射源的相對距離，

使其處于規(guī)定的測試距離下。調(diào)節(jié)被校準監(jiān)測裝置的參數(shù)（輻射率、測試距離、環(huán)境溫度、

環(huán)境相對濕度），使其清晰成像，準確測溫。

根據(jù)被校準監(jiān)測裝置的測量范圍，選擇3~5個溫度測試點，必須包括被校準監(jiān)測裝置

的測溫上限、下限和中間點。分別讀取監(jiān)測裝置后臺分析系統(tǒng)上顯示的溫度示值，按公式

（1）計算示值誤差。

Δt=tx—ts（1）

式中：

Δt——被校監(jiān)測裝置的示值絕對誤差，℃；

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tx——被校監(jiān)測裝置的示值，℃；

ts——黑體輻射源的實際溫度，℃。

（2）現(xiàn)場校準

結(jié)合被校準監(jiān)測裝置的視場和焦距、以及其安裝位置距被監(jiān)測電力設(shè)備之間的距離，

在1m~15m之間選擇2~3個距離點作為測試距離。由于被校監(jiān)測裝置處于安裝固定狀態(tài)，

只能調(diào)節(jié)黑體輻射源的位置，使被校監(jiān)測裝置與黑體輻射源視場同軸、且處于合規(guī)定的測

試距離下，同時應(yīng)確保黑體輻射源的輻射靶面在被校監(jiān)測裝置上成像畫面占其視場區(qū)域的

1/20以上。確定黑體輻射源的位置后，用激光測距儀測量黑體輻射源與被校監(jiān)測裝置光學(xué)

鏡頭之間的直線距離，作為測試距離。

調(diào)節(jié)被校準監(jiān)測裝置的參數(shù)（輻射率、測試距離、環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度，帶大氣

透射率修正功能的監(jiān)測裝置還應(yīng)根據(jù)校準時的大氣條件設(shè)定大氣透射率），使其清晰成像，

準確測溫。在40℃~120℃范圍內(nèi)選取2-3個溫度測試點，分別讀取監(jiān)測裝置后臺分析系統(tǒng)

上顯示的溫度示值，按公式（1）計算示值誤差。

7.2.3測溫一致性

測溫一致性的校準應(yīng)在示值誤差校準之后開展，實驗室校準和現(xiàn)場校準的方法一致。

設(shè)置測試距離為被校準監(jiān)測裝置的常用測試距離。將黑體輻射源設(shè)置為50℃，將監(jiān)測裝置

的視場區(qū)域劃分為均勻的9個區(qū)域，使黑體輻射源依次在9個區(qū)域中心，并清晰成像。讀

取每個視場區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測裝置后臺分析系統(tǒng)上顯示的黑體輻射源中心點溫度，與標準黑體

輻射源的溫度值進行對比，按公式（2）計算9個區(qū)域的測溫一致性。

（2）

式中：

n——第1~9區(qū)域；

φn——測溫一致性，℃；

tn——各區(qū)域的測溫讀數(shù)，℃；

t5——中心區(qū)域測溫讀數(shù)，℃。

7.2.4噪聲等效溫差（NETD）

在實驗室校準條件下，開展本項目。

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數(shù)據(jù)采

平

集模塊

行溫

被校紅外監(jiān)

光差

測裝置

管源視頻監(jiān)

紅外線視模塊

監(jiān)測裝置

控制單元紅外成像裝置性能參數(shù)系統(tǒng)

可升降平臺

數(shù)據(jù)傳輸線

圖2紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)校準示意圖

按照圖2所示連接紅外成像裝置性能參數(shù)測試系統(tǒng)與被測紅外監(jiān)測裝置，首先對被校

紅外監(jiān)測裝置的信號傳遞函數(shù)（SiTF）進行檢測。

SiTF的檢測方法為：選擇刀口靶或者其他合適靶標，調(diào)節(jié)被校紅外監(jiān)測裝置的位置，

使靶標成像在視場中心、且圖像清晰；同時將被校紅外監(jiān)測裝置增益設(shè)置為最高值，電平

設(shè)置為中間值。在紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)上設(shè)置溫差范圍、變化步長、被校紅外監(jiān)測裝置

的視頻制式和幀頻；從負溫差開始按設(shè)定的溫差步長逐漸增加溫差，連續(xù)采集并存儲被校

紅外監(jiān)測裝置對靶標在一系列溫差下的圖像。

以紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)輸出的溫差為橫坐標，被校紅外監(jiān)測裝置的差分視頻電壓的

多幀平均值為縱坐標，繪制曲線；取該曲線中間的線性段部分，按公式（3）計算SiTF：

（3）

式中：

SiTF——被校監(jiān)測裝置的信號傳遞函數(shù)，mV/℃；

——被校監(jiān)測裝置輸出的差分視頻電壓，mV；

φ——紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)的儀器常數(shù)；

——靶標上目標與其均勻背景之間的溫差，℃。

將紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)的溫差設(shè)置為零，輸入被校紅外監(jiān)測裝置的幀頻；按采樣的

視頻圖像幀數(shù)，連續(xù)采集并存儲被校紅外監(jiān)測裝置的視頻圖像，計算噪聲電壓S，按公式

（4）計算NETD：

（4）

式中：

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NETD——噪聲等效溫差，℃；

S——噪聲電壓值，mV；

SiTF——信號傳遞函數(shù)，mV/℃。

7.2.5最小可辨溫差（MRTD）

如圖2所示，將被校紅外監(jiān)測裝置固定，使其視軸與試驗設(shè)備的主光軸同軸；選擇0.5

倍空間頻率（0.5f0）對應(yīng)的四桿靶為靶標；調(diào)整被校紅外監(jiān)測裝置的顯示亮度和對比度至

最佳觀測狀態(tài)。

調(diào)整黑體溫差，使黑體溫度高于靶標溫度，使四桿靶能清晰分辨，然后緩慢調(diào)節(jié)黑體

降溫，直至剛好能分辨四桿靶圖像，此時對應(yīng)的溫差為正溫差△T1。

調(diào)整黑體溫差，使黑體溫度低于靶標溫度，使四桿靶能清晰分辨，然后緩慢調(diào)節(jié)黑體

升溫，直至剛好能分辨四桿靶圖像，此時對應(yīng)的溫差為負溫差△T2。

按公式（5）計算MRTD的校準結(jié)果：

（5）

式中：

MRTD——最小可辨溫差，℃；

φ——紅外成像性能參數(shù)系統(tǒng)的儀器常數(shù)；

△T1——正溫差，℃；

△T2——負溫差，℃。

7.2.6穩(wěn)定性

24小時內(nèi)溫度的穩(wěn)定性可與示值誤差試驗同時進行，在相同測試距離下，不操作被校

準監(jiān)測裝置，在24小時內(nèi)，重復(fù)讀取被校準監(jiān)測裝置的示值，測量次數(shù)不小于10次；計

算最大值和最小值之間的溫度差異，作為24小時內(nèi)溫度的穩(wěn)定性的校準結(jié)果。

8校準結(jié)果表達

8.1校準證書

校準結(jié)果應(yīng)在校準證書（報告）上反應(yīng)，校準證書（報告）應(yīng)至少包括以下信息：

a)標題，如“校準證書”；

b)實驗室名稱和地址；

c)進行校準的地點（如果與實驗室的地址不同）；

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d)證書或報告的唯一性標識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標識；

e)客戶的名稱和地址；

f)被校對象的描述和明確標識；

g)進行校準的日期，如果與校準結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的接收

日期；

h)如果與校準結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明；

i)校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識，包括名稱及代號；

j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明；

k)校準環(huán)境的描述；

l)校準結(jié)果及其測量不確定度的說明；

m)對校準規(guī)范的偏離的說明；

n)校準證書和校準報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識；

o)校準結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；

p)未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復(fù)制證書或報告的聲明。

校準原始記錄格式見附錄C，校準證書（報告）內(nèi)頁格式見附錄D。

8.2數(shù)據(jù)處理

校準數(shù)據(jù)結(jié)果末位應(yīng)與測量結(jié)果擴展不確定度的末位對齊。

9復(fù)校時間間隔

監(jiān)測裝置投運后的復(fù)校時間間隔，可結(jié)合監(jiān)測裝置的工作狀態(tài)和被監(jiān)測主設(shè)備檢修計

劃綜合確定，建議復(fù)校時間間隔為1~2年。

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附錄A

測量不確定度評定示例（實驗室校準）

A.1引言

紅外監(jiān)測裝置的實驗室校準項目有5項，其中溫度示值誤差、測溫一致性、穩(wěn)定性的

校準方法、所用儀器設(shè)備均相同，測量不確定度分析和評定的方法也相同。NETD、MRTD

的校準方法不同，需分開進行測量不確定度評定分析。因此，本附錄中以溫度示值誤差、

NETD、MRTD校準結(jié)果的測量不確定度評定為例，說明紅外監(jiān)測裝置校準項目的測量不

確定度評定程序。

A.2溫度示值誤差校準結(jié)果的不確定度評定

A.2.1測量模型

紅外成像在線監(jiān)測裝置的溫度校準采用絕對誤差表達式作為參考模型，如公式（A.1）。

ΔT=Tx—Ts（A.1）

式中：

ΔT——被校監(jiān)測裝置的示值誤差，℃；

Tx——被校監(jiān)測裝置的示值，℃；

Ts——標準黑體輻射源的實際溫度值，℃。

A.2.2合成標準不確定度數(shù)學(xué)模型

計算測量紅外成像在線監(jiān)測裝置溫度示值誤差的合成標準不確定度為uc公式為：

（A.2）

A.2.3測量不確定度來源

根據(jù)校準過程分析其測量不確定度，其主要來源如下：

（1）由被校準監(jiān)測裝置測量重復(fù)性引入的不確定度分量u1；

（2）由標準黑體輻射源引入的不確定度分量u2；

（3）由被校準監(jiān)測裝置示值分辨力引入的不確定度分量u3；

（4）由人員定焦等操作誤差引入的不確定度分量u4。

A.2.4測量不確定度評定

（1）由被校準監(jiān)測裝置測量重復(fù)性引入的不確定度分量u1：

對該分量可以按照A類方法進行評定，即重復(fù)測量10次，按貝塞爾公式計算樣本的

估算標準偏差作為u1。

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重復(fù)測量10次，得到測試數(shù)據(jù)，如下：

表A.1溫度重復(fù)性測量數(shù)據(jù)

標準值（℃）4080120160200

140.980.0121162199

240.880.0121162198

340.979.9121162198

440.979.9121162198

540.979.9121162198

示值（℃）

640.980.0122162198

740.979.9121162198

840.980.0121161198

940.880.0122161198

1040.980.2121161198

標準偏差（℃）0.0400.0870.4000.4580.300

u1（℃）0.0400.0870.4000.4580.300

（2）由標準黑體輻射源引入的不確定度分量u2

由標準黑體輻射源溫度準確度引入的標準不確定度分量，為B類不確定度。按校準證

書中引用，如下表：

表A.2標準黑體輻射源引入的不確定度分量計算數(shù)據(jù)

標準值（℃）4080120160200

u20.4℃0.4℃0.4℃0.4℃0.4℃

（3）由被校監(jiān)測裝置示值分辨力引入的不確定度分量u3

由被校監(jiān)測裝置示值分辨力引入的不確定度分量，為B類不確定度，屬于均勻分布，

計算如下：

表A.3示值分辨率引入的不確定度分量計算數(shù)據(jù)

標準值（℃）4080120160200

℃

u30.029℃0.0290.289℃0.289℃0.289℃

（4）由人員操作誤差引入的不確定度分量u4

在校準紅外監(jiān)測裝置的過程中，可能由于人員調(diào)焦等操作引起測量誤差。通過不同的

4名檢測人員，在同等的測試條件下，對同一臺產(chǎn)品進行測試；根據(jù)4名檢測人員操作調(diào)

節(jié)導(dǎo)致的測量結(jié)果的差異，對人員操作引入的不確定度分量進行定量評定。在（0-100）℃

范圍內(nèi)人員操作引入誤差取0.2℃，在100℃以上取0.3℃。按均勻分布考慮，得到u4如下

13

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表：

表A.4人員操作誤差引入的不確定度分量計算

標準值（℃）4080120160200

℃

u40.029℃0.0290.087℃0.087℃0.087℃

A.2.5合成標準不確定度

溫度示值誤差的合成標準不確定度的來源、量值、靈敏度系數(shù)，評定方法及分布如下

表所示：

表A.5溫度示值誤差的測量不確定度一覽表

靈敏度靈敏度不確定度分量值（℃）

分量分類不確定度來源分布系數(shù)表系數(shù)量

達式值4080120160200

由被校準裝置測量

u1A類重復(fù)性引入的不確正態(tài)110.0400.0870.4000.4580.300

定度分量

由標準裝置的溫度

u2B類準確度引入的不確均勻-1-10.40.40.40.40.4

定度分量

由試品示值分辨力

u3B類引入的不確定度分均勻110.0290.0290.2890.2890.289

量

由人員操作誤差引

uB類均勻110.0290.0290.0870.0870.087

4入的不確定度分量

經(jīng)過分析不確定度的來源，其各分量互為獨立量，按下式計算Uc：

n

22222（）

Uc=Uk=u1u2u3u4A.3

k1

A.2.6擴展測量不確定度

按下式計算擴展不確定度，取包含因子k=2。

U=k*Uc（k=2）（A.4）

A.2.7測量結(jié)果的表述

計算可得，紅外成像在線監(jiān)測裝置溫度示值誤差校準，擴展不確定度為：

表A.6擴展不確定度的表達

測量點40℃80℃120℃160℃200℃

擴展不確定度0.81℃0.83℃1.4℃1.5℃1.3℃

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U（k=2）

A.3NETD校準結(jié)果的不確定度評定

A.3.1測量模型

計算被測量紅外成像在線監(jiān)測裝置在某一空間頻率f下的最小可分辨溫差NETD（f）

公式如下：

U

NETDN（A.5）

SiTF

式中：

NETD──一組被分析像素（或整個熱圖像）的噪聲等效溫差，單位為℃；

UN──被分析像素（或整個熱圖像）的噪聲電壓，單位為mV；

SiTF──在與測量噪聲時相同增益、電平及背景溫度設(shè)置下紅外成像在線監(jiān)測裝置的信號傳遞函數(shù)，

單位為mV/℃。

A.3.2合成標準不確定度數(shù)學(xué)模型

計算測量紅外成像在線監(jiān)測裝置NETD的合成標準不確定度uc公式為：

2

1

222（A.6）

ucuNNETDuSiTF1uTu4

SiTF

式中：

uc──測量的紅外成像在線監(jiān)測裝置NETD的合成標準不確定度，℃；

SiTF──紅外成像在線監(jiān)測裝置信號傳遞函數(shù)，mV/℃；

uN──校準裝置測量視頻電壓的標準不確定度，mV；

NETD──紅外成像在線監(jiān)測裝置噪聲等效溫差，℃；

u℃

SiTF──紅外成像在線監(jiān)測裝置信號傳遞函數(shù)的相對標準不確定度，；

uT──校準裝置中黑體溫度穩(wěn)定性及非均勻性引入的標準不確定度，℃；

u4──測量重復(fù)性引入的不確定度分量，℃。

A.3.3測量不確定度來源

根據(jù)校準過程分析其測量不確定度，其主要來源如下：

（1）校準裝置測量差分視頻電壓引入的不確定度分量u1；

（2）校準裝置測量SiTF引入的不確定度分量u2；

（3）測量裝置中黑體溫度不穩(wěn)定及非均勻性引入的不確定度u3；

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（4）測量重復(fù)性引入的不確定度分量u4。

A.3.4測量不確定度評定

（1）校準裝置測量差分視頻電壓引入的不確定度分量u1

由于校準裝置中測量視頻電壓的相對擴展不確定度為0.3%，置信因子k=2，因此校準

裝置測量差分視頻電壓標準不確定度UN=0.15%。取SiTF=100mV/℃，視頻電壓100mV。

由式（A.6）可知，校準裝置測量差分視頻電壓標準不確定度的靈敏度系數(shù)為1/SiTF，

則由于校準裝置測量差分視頻電壓不準而引入的不確定度分量u1：

1

uu=0.002℃

1SiTFN

（2）校準裝置測量SiTF引入的不確定度分量u2

校準裝置測量SiTF的相對擴展不確定度為4%。置信因子k=2，得到校準裝置測量SiTF

的相對標準不確定度uSiTF=2.0%。紅外成像在線監(jiān)測裝置NETD取0.037℃。

由式（A.6）可知，校準裝置測量視頻電壓標準不確定度的靈敏度系數(shù)為NETD。則由

測量紅外成像在線監(jiān)測裝置SiTF不準而引入的NETD測量不確定度分量u2：

u2NETDuSiTF=0.001℃

（3）校準裝置中黑體溫度不穩(wěn)定及非均勻性引入的不確定度u3

在測量NETD時，不使用任何紅外靶標，只有目標黑體中心區(qū)域輻射經(jīng)主鏡和次鏡的

反射后充滿被校準紅外成像在線監(jiān)測裝置NETD測量的準確性。

已知目標黑體溫度穩(wěn)定性Ustb≤0.003℃，置信因子k=2，由此得到：

Ustb/2≤0.0015℃

已知目標黑體溫度均勻性不確定度Uuni≤0.010℃，置信因子k=2，由此得到：

Uuni/2≤0.005℃

因此，校準裝置中黑體溫度穩(wěn)定性均勻性合成標準不確定度：

U2U2

stbuni℃

uT=0.006

22

由式（A.6）可知，此靈敏度系數(shù)為1。則由黑體溫度不穩(wěn)定及非均勻性引入而引入的

NETD測量不確定度分量u3：

u3=1×0.006℃=0.006℃

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（4）測量重復(fù)性引入的不確定度分量u4

對該分量可以按照A類方法進行評定，即重復(fù)測量10次，按貝塞爾公式計算樣本的

估算標準偏差作為u4。

重復(fù)測量10次，得到測試數(shù)據(jù)，如下：

表A.7NETD重復(fù)性測量數(shù)據(jù)

序號NETD（℃）

10.037

20.039

30.039

40.035

50.034

60.038

70.036

80.036

90.038

100.041

實驗標準偏差（℃）0.002

u4=0.002℃/10=0.001℃。

A.3.5合成標準不確定度

NETD合成標準不確定度的來源、量值、靈敏度系數(shù)，評定方法及分布如表下表所示。

表A.8NETD測量不確定度一覽表

靈敏度系數(shù)靈敏度系不確定度

分量分類不確定度來源分布

表達式數(shù)量值分量值

標準裝置溫差引入的不確0.01℃/m

uB類正態(tài)1/SiTF0.002℃

1定度分量V

標準裝置儀器常數(shù)引入的

u2B類正態(tài)NETD0.037℃0.001℃

不確定度分量

測量人員主觀性引入的不

uB類正態(tài)110.006℃

3確定度分量

被校裝置測量重復(fù)性引入

uA類正態(tài)110.001℃

4的不確定度分量

由于各分量之間獨立不相關(guān)，所以，測量NETD合成標準不確定度uc：

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2222

ucu1u2u3u4=0.007℃

A.3.6擴展不確定度

在置信水平95%情況下，取k=2，則擴展不確定度為：

U=kuc=2×0.007℃=0.014℃

A.3.7測量結(jié)果的表述

該紅外成像在線監(jiān)測裝置的NETD擴展不確定度為：

U=0.014℃（k=2）

A.4MRTD校準結(jié)果的不確定度評定

A.4.1測量模型

計算被測量紅外成像在線監(jiān)測裝置在某一空間頻率f下的最小可分辨溫差MRTD（f）

公式如下：

T-T

MRTD(f)（A.7）

2

式中：

T──熱桿溫差，℃；

T──冷桿溫差，℃；

──紅外成像在線監(jiān)測裝置參數(shù)校準裝置的儀器常數(shù)，無量綱。

A.4.2合成標準不確定度數(shù)學(xué)模型

測量紅外成像在線監(jiān)測裝置MRTD的合成標準不確定度uc模型為：

222

T-TMRTDAve2

ucuTuTuuObserveru4（）

22N