Эталоны основных единиц СИ. Состав и метрологические характеристики. Справочное пособие

тод стабилизации частоты излучения лазера по третьей производной называют также методом стабилизации по третьей гармонике. В сигнале третьей гармоники исчезает зависимость мощности излучения лазера от перестройки частоты. Чем выше гармоника, тем чувствительнее система. Однако амплитуда гармоник падает с ростом частоты, поэтому следует ограничиться низкими гармониками. При этом нестабильность частоты излучения составляет 10–10 –10 –12 .

Рис. П3.2. Функциональная схема стабилизации частоты Hе-Ne/127I2-лазера:

1 – фотоприёмник; 2 – пьезоэлементы; 3 – зеркала; 4 – поглощающая ячейка с йодом; 5 – активный элемент; 6 – регулятор температуры; 7 – опорный генератор; 8 – утроитель частоты; 9 – синхронный детектор; 10 – интегратор; 11 – усилитель

Благодаря развитию техники твердотельных лазеров, в особенности по стабилизации частоты их излучения по линиям сверхтонкой структуры молекулярных йода и цезия, в настоящее время твердотельные лазеры с активными средами, легированными ионами неодима, постепенно заменяют частотно-стабилизированные газовые лазеры во многих задачах метрологии. При стабилизации частоты Nd:YAG-лазеров достигнута очень высокая долговременная стабильность: до 10–13 в йоде и до 10–11 в цезии.

В перечне МБМВ в Париже (Comite Consultatif pour la Definition du Metre), принятом на 9-й сессии палаты 16 сентября 1997 года (Recommendation M1), Nd:YAG-лазер с удвоением частоты, стабилизированный по линиям молекулярного йода 127I2, признан в качестве основного источника излучения для реализации эталона длины метода-

– 61 –

ми оптической интерферометрии [3]. Этот лазер был также рекомендован для применения при измерении расстояний и перемещений, в спектроскопии, атомной и молекулярной физике, при определении основных физических констант.

Список литературы

1. Шандыбина Г.Д., Парфенов В.А. Информационные лазерные технологии [Электронный ресурс]: учеб. пособие. – СПб: Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технол., механики и оптики, 2008. – 107 с. Режим доступа: http://textarchive.ru/c-2663563-p3.html

2. Оптические стандарты частоты. Энциклопедия физики и техники [Элек-

тронный ресурс] / Режим доступа: http://femto.com.ua/articles/part_2/2637.html

3. Брошюра СИ. The International System of Units (SI), 7th edition. – МБМВ, 1998. – 72 c.

– 62 –

Приложение 4

Реперные точки МТШ-90

Международная температурная шкала – шкала, основанная на системе постоянных, точно воспроизводимых температур равновесия (постоянных, так называемых реперных точках), которым присвоены числовые значения. Для определения промежуточных температур служат интерполяционные приборы, градуированные по этим постоянным точкам.

Реперные точки – точки, на которых основывается шкала измерений. В частности, на реперных точках построена Международная температурная шкала (табл. П4.1).

Таблица П4.1

Реперные точки Международной температурной шкалы

Примечание: * – верхняя граница контактной термометрии.

– 63 –

Приложение 5

Классификация неопределенностей измерений

Основные понятия и определения, применяемые для описания точности результата измерений, подробно изложены в следующих и некоторых других нормативных документах.

∙РМГ 91-2009. ГСИ. Совместное использование понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения». Общие принципы.

∙РМГ 29-2013. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.

∙ГОСТ Р 54500.1-2011 / Руководство ИСО/МЭК 98-1:2009 Неопределенность измерения. Ч. 1. Введение в руководства по неопределенности измерения.

∙Введение к «Руководству по выражению неопределенности измерения» и сопутствующим документам. Оценивание данных измерений [Электронный ресурс] / Пер. с анг. под науч. ред. проф. В.А. Слаева, А.Г. Чуновкиной. – СПб.: Профессионал, 2011. – 58 с. Режим доступа:

http://mathscinet.ru/slaev/records/images/SlaevChun03.pdf

∙JCGM5 105 Оценивание данных измерений. Понятия и основные принципы.

∙JCGM 104:2009 «Evaluation of measurement data – An introduction to the "Guide to the expression of uncertainty in measurement" and re-

lated documents.

Неопределенности измерений так же, как и погрешности, могут быть классифицированы по различным признакам.

1. По форме представления (или по способу математического выражения) неопределенности подразделяются на абсолютные и относительные.

Абсолютная неопределенность измерения – неопределенность

измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

5 JCGM – Joint Committee for Guides in Metrology

– 64 –

Относительная неопределенность результата измерений –

неопределенность, выраженная отношением абсолютной неопреде-

ленности к результату измерений.

2.В зависимости от места возникновения (или по причине возникновения) неопределенности измерений, подобно погрешностям, подразделяются на инструментальные, методические и субъективные.

3.Как известно, при повторных измерениях по характеру проявления погрешности разделяют на систематические, случайные и грубые. Классификация неопределенностей по этому признаку отсутствует [16, 17]. В этих документах сделано указание, что перед статистической обработкой рядов измерений все известные систематические погрешности должны быть из них исключены. Поэтому деление неопределенностей на систематические и случайные не вводится. Вместо этого неопределенности по способу оценивания делятся на два типа.

∙Неопределенность типа А – неопределенность, которая оценивается статистическими методами.

∙Неопределенность типа Б – неопределенность, которая оценивается не статистическими методами, в том числе может быть использована априорная нестатистическая информация на ос-

нове нормативных документов.

Соответственно двум типам неопределенностей предлагается и два метода оценивания:

∙оценивание по типу А – в этом случае статистические оценки получают на основе результатов ряда измерений;

∙оценивание по типу Б – в этом случае оценки получают на ос-

нове априорной нестатистической информации.

Может показаться, что это нововведение заключается лишь в замене существующих терминов известных понятий другими. Действительно, статистическими методами можно оценить только случайную погрешность, и поэтому неопределенность типа А – это ни что иное, как то, что раньше называлось случайной погрешностью. Аналогич-

– 65 –

но, НСП оценивается только на основе априорной информации, и поэтому между НСП и неопределенностью по типу Б также имеется взаимно однозначное соответствие.

Однако введение новых понятий является вполне разумным. Дело в том, что при измерениях по сложным методикам, включающим большое количество последовательно выполняемых операций, деление источников неопределенности конечного результата на НСП и случайные может оказаться ложным, поскольку приходится оценивать и учитывать большое количество источников неопределенности.

Рассмотрим два примера.

Пример 1. Неопределенность определения калибровочной зависимости прибора, являющаяся НСП в момент проведения измерений, может составлять существенную часть неопределенности аналитического измерения. Следовательно, ее необходимо оценивать нестатистическими методами на основе априорной информации. Однако случайная погрешность взвешивания при приготовлении калибровочной смеси во многих аналитических измерениях является основным источником этой неопределенности. Для повышения точности измерений можно использовать многократное взвешивание стандартного образца, и тогда оценка погрешности этого взвешивания может быть найдена статистическими методами. Этот пример показывает, что при некоторых измерениях в целях повышения точности результата измерения ряд систематических составляющих неопределенности измерений может быть оценен статистическими методами, т.е. являться неопределенностями типа А.

Пример 2. Как правило, с целью экономии производственных затрат, методика измерения предусматривает проведение не более трех однократных измерений одной ФВ. В этом случае результат измерений может определяться как одна из числовых характеристик измеряемой ФВ (среднее арифметическое, мода или медиана полученных значений). Однако статистические методы оценивания неопределенности при таком весьма малом объеме выборки дают очень грубую оценку. В этом случае разумным представляется априорный расчет

– 66 –

неопределенности измерения по нормируемым показателям точности средства измерений, т.е. ее оценка по типу Б. В отличие от предыдущего, в этом примере, неопределенность результата измерений, значительная часть которой обусловлена влиянием случайных факторов, является неопределенностью типа Б.

При введении понятий неопределенностей измерения традиционное разделение погрешностей на систематические, НСП и случайные также не теряет своего значения, т.к. оно точнее позволяет выявить характер проявления в результате измерения и причинную связь с эффектами, являющимися источниками погрешностей.

Можно уверенно отметить, что классификации неопределенностей и погрешностей измерений не исключают, а наоборот, взаимно дополняют друг друга.

В [16, 17] имеются некоторые другие терминологические нововведения. Терминологические отличия концепции неопределенности от классической теории точности представлены в табл. П5.1. Указанные новые термины имеют следующие определения.

1.Стандартная неопределенность – неопределенность, вы-

раженная в виде стандартного отклонения.

2.Расширенная неопределенность – величина, задающая ин-

тервал около результата измерения, в пределах которого, как ожидается, находится большая часть распределения значений, которые

сдостаточным основанием можно приписать измеряемой величине.

Примечания:

∙каждому значению расширенной неопределенности сопоставляется значение ее вероятности охвата Р;

∙аналогом расширенной неопределенности являются доверительные границы погрешности измерений.

– 67 –

– 69 –