体视显微镜放大率差的测量结果不确定度分析

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【摘 要】 本文介绍了体视显微镜的结构、特点与用途，依据GB/T 19863-2005体视显微镜试验方法的要求，对体视显微镜放大率差的测量结果不确定度进行了评定，详细分析了测量过程中的各分量对放大率差的影响，最后得出测量结果的扩展不确定度。

【关键词】 体视显微镜 放大率差 不确定度

体视显微镜是具有两组同样的完整成像光路，从不同的角度和侧面观察物体，把原来用肉眼无法清晰观察到的组织结构，经光学放大系统放大后，获得立体感觉的清晰图象的一种仪器。其结构主要由目镜、物镜、载物台和光学零件等组成。特点为：视场直径大、焦深大，便于观察被检测物体的全部层面，放大倍数率虽不是很高，但工作距离很长，而且像是正立的，方便对被检测物体进行操作。主要用于研究各种微小物体的表面现象及组织结构，也可测量微小物体的几何尺寸。在电子工业应用中，作为焊点检查等操作工具，用于集成电路的观测、装配、检查等，在纺织工业中用作原料及棉毛织物的检验，在制造小型精密零件时用于工作过程的观察、测量以及精密零件的检查和装配，在光学加工中用作透镜、棱镜或其它透明物质的表面质量，以及精密刻度的质量检查，还广泛用在医学、材料学、矿物学、考古学、地质学、动植物学的研究以及司法鉴定。

1 测量方法

将有分划板的目镜装在体视显微镜上，把测微尺纵向置于被检显微镜物面中央，显微镜对测微尺调焦，在显微镜中找到测微尺像，并使像的首端与目镜分划板纵向刻尺首端重合，根据目镜分划板上的刻尺，读出玻璃线纹尺像的尾端在目镜标尺刻线上的值L 1，依据玻璃线纹尺所用两刻线之间的间距L及放大倍率β，按照公式（2）即可计算出放大率差。

2 数学模型

放大率差的计算公式为：

（1）

把代入上式（1）可得

（2）

式中：δ-------放大率差；

L 1-------玻璃线纹尺相应刻线在目镜标尺上的读数值，mm；

L--------玻璃线纹尺所用两刻线之间的间距，mm；

β-------放大率。

3 方差和灵敏系数

考虑到各输入量彼此独立，依

可得： （3）

式中灵敏系数：

因为L1≈L・β，故可简化为

把c1、c2代入式（3）可得方差：

（4）

4 标准不确定度分量的计算

4.1 输入量L1引入的不确定度分量

输入量L1引入的不确定度分量由测量重复性引入的不确定度分量和目镜标尺允许误差引入的不确定度分量组成。

4.1.1 测量重复性引入的不确定度分量

采用A类不确定度方法进行评定，在显微镜正常工作及重复性条件下，以10倍放大倍数为例，10次测量结果如表1：

依据上表可得单次实验标准差s==0.21mm，即

=s=0.21mm

4.1.2 目镜标尺允许误差引入的标准不确定度分量

采用B类不确定度方法进行评定，目镜标尺刻线间距的允许误差不超过0.01mm，估计为均匀分布，k=，

=0.01mm/=0.006mm

4.1.3 输入量L1引入的不确定度分量

依据4.1.1和4.1.2有

==0.21mm

4.2 玻璃线纹尺允许误差引入的不确定度分量

采用B类不确定度方法进行评定，玻璃线纹尺的刻线间距的允许误差不超过0.001mm，估计为均匀分布，k=，

=0.001mm/=0.0006mm

5 标准不确定度分量一览表

根据标准不确定度分量的计算，以10倍放大率为例，把各标准不确定度分量汇总在表2中，便于理解和查看。

6 合成标准不确定度

依据公式（4），以10倍放大率为例有

=4.4×10-6

0.0021=0.21%

7 扩展不确定度

取包含因子k=2，放大10倍时， 扩展不确定度为

U=k・2×0.21%

=0.42%

同理可以计算得到其它放大倍率的测量结果不确定度，如表3。

8 扩展不确定度报告形式：

依据《JJF1059测量不确定度评定与表示》的要求，测量结果的小数点位数与测量结果不确定度的位数应一致，故体视显微镜的放大率差的测量结果不确定度可表示为如下形式：

当5倍≤β

当10倍≤β≤100倍时：Urel=0.5%，k=2。

9 结语

依据GB/T 19863-2005体视显微镜试验方法，体视显微镜的放大率差应不超过7.5%，而本文中分析的结果均小于三分之一的最大允许误差。由此可见，此方法科学可行。