計(jì)量校準(zhǔn)中的復(fù)雜環(huán)境的研究及策略分析

天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院電子儀表實(shí)驗(yàn)所□佟 偉 任 晟

大部分情況下， 計(jì)量校準(zhǔn)均是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展， 環(huán)境因素主要包括溫度與濕度。 通過合理控制， 按照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行， 可以更好地進(jìn)行環(huán)境變化的管控。 隨著計(jì)量校準(zhǔn)從實(shí)驗(yàn)室朝著現(xiàn)場轉(zhuǎn)變， 使得環(huán)境條件也產(chǎn)生了較大的變化， 很難使用主觀意愿對(duì)其進(jìn)行管控， 使得校準(zhǔn)結(jié)果的量值、 含義受到了環(huán)境條件的限制。

1） 環(huán)境要素

環(huán)境要素表述的齊全與完整， 屬于確定、完備的描述方式， 但并不是唯一的描述方式。不完整的要素， 必須要將位置的不確定性隱含在其中， 比如： 自然要素內(nèi)的水源、 土壤、 空氣、 生物等， 若是缺少任何一項(xiàng)， 均不屬于完整的描述， 任何要素的變化， 均是自然環(huán)境發(fā)生了變化。

計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)計(jì)的環(huán)境要素主要包括： ①媒介條件： 指受到周圍環(huán)境媒介影響產(chǎn)生的相應(yīng)主體， 比如： 淡水、 火焰、 海水、 污穢物及毒害液體等； ②場條件： 指周圍存在的物理場條件， 一般包括磁電廠、 光輻射場、 電力輻射場及噪聲場等； ③力學(xué)條件： 指周圍環(huán)境內(nèi)主體感受到的力的作用， 比如： 沖擊、 旋轉(zhuǎn)、 擺動(dòng)、 流動(dòng)等； ④空間條件： 指周圍環(huán)境主體感受到的， 可以利用的自由空間條件， 包括： 開放空間、 封閉空間與狹小空間等。

2） 環(huán)境條件分類

在上述四大環(huán)境要素抽象分類基礎(chǔ)上， 可以簡化環(huán)境條件分類。 選擇一類要素為主進(jìn)行區(qū)分劃分， 按照再重復(fù)程度、 關(guān)注程度， 以此進(jìn)行確定， 并在其他要素條件下開展相應(yīng)的分類。

按照媒介要素進(jìn)行分類， 可以劃分為真空環(huán)境、 空氣環(huán)境、 天然氣環(huán)境、 淡水環(huán)境、 海水環(huán)境、 石油液體環(huán)境和甲烷環(huán)境等。 若確定為空氣媒介環(huán)境， 需要對(duì)場條件特性、 電磁場、 噪聲場、 溫度場、 光輻射場等明確要求規(guī)定。 對(duì)力學(xué)條件特性， 如： 振動(dòng)、 沖擊、 壓力、 旋轉(zhuǎn)、 擺動(dòng)、 流動(dòng)、 機(jī)動(dòng)過載及爆炸沖擊波等出具了明確的要求。 就其中的空間特性， 包括： 開放空間、封閉空間及半開放空間、 半封閉空間、 狹小空間， 給出具體、 詳細(xì)的說明與闡述。 若為真空環(huán)境， 則就要素內(nèi)的溫度場、 噪聲場及濕度場等，要明確審查。

假設(shè)確定為水下環(huán)境（海水水下環(huán)境）， 則其要素中的電磁場、 光輻射場、 溫度場、 噪聲場及濕度場等， 存在的影響可以忽略， 明確各個(gè)要素， 歸納整理其影響。 環(huán)境條件分類， 要開展完整的描述， 但這一過程比較復(fù)雜與繁瑣， 為了將表述簡化， 多數(shù)環(huán)境條件下的影響可以忽略， 將比較容易引發(fā)結(jié)果變化的影響因素確定出來， 這些被統(tǒng)稱為參考及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。

環(huán)境條件的表述， 可劃分為恒定、 非恒定兩種。

恒定環(huán)境指的是， 全部環(huán)境要素處于恒定不變的狀況， 非恒定相比前者要復(fù)雜很多， 可能是一個(gè)環(huán)境要素在變化的單量環(huán)境系統(tǒng)中， 屬于環(huán)境試驗(yàn)選擇的最為常見的環(huán)境系統(tǒng)。 若是該環(huán)境要素變化規(guī)律平穩(wěn)， 且呈現(xiàn)過程式的變化， 則要素為急速變化， 比如： 沖擊、 階躍等， 可以將其稱之為瞬態(tài)變化的環(huán)境。

非恒定環(huán)境中， 經(jīng)常可見不止一種環(huán)境要素在變化， 進(jìn)而被稱之為多變量變化環(huán)境。 這些變量可以同時(shí)變化， 也可以順序變化、 間歇變化。變化的組合狀態(tài)、 規(guī)律比較復(fù)雜。 在這類情況下， 環(huán)境條件為完整表述， 可以將每一種環(huán)境要素與變化規(guī)律完整地展現(xiàn)出來。

環(huán)境要素是否被當(dāng)做環(huán)境變量， 需要結(jié)合測(cè)量精準(zhǔn)度要求審查。 準(zhǔn)確度較低的測(cè)量， 一些環(huán)境要素影響并非主要， 可以將其忽略， 不當(dāng)做環(huán)境變量進(jìn)行處理。 針對(duì)測(cè)量精準(zhǔn)度要求較高的，且到達(dá)一定程度之后， 不可忽略其對(duì)測(cè)量所產(chǎn)生的影響。 例如： 激光干涉距離測(cè)量， 空氣折射率的影響就屬于這類情況。

在確立了環(huán)境條件相關(guān)原則之后， 綜合考慮影響計(jì)量的作用因素， 集中要素不在環(huán)境條件內(nèi)特別考慮， 確定計(jì)量校準(zhǔn)采取的環(huán)境應(yīng)對(duì)策略，主要包含以下幾種：

1） 選擇或研制適應(yīng)環(huán)境的計(jì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)，促使其涉及到變化環(huán)境及極限環(huán)境， 仍舊可以保持較高的適應(yīng)性， 可以確保測(cè)量的精準(zhǔn)度。這一策略對(duì)系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的要求較高， 選擇的措施包含了校準(zhǔn)原理、 技術(shù)、 軟件及方法， 且難度最大。

2） 局部環(huán)境控制的策略， 該策略的實(shí)施不會(huì)改變校準(zhǔn)系統(tǒng)本身， 通過將其封閉在局部狹小的空間環(huán)境內(nèi)， 開展環(huán)境條件控制， 促使其保證良好的性能與狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)過程對(duì)環(huán)境的較好適應(yīng)。

3） 影響因素的降維策略， 為更好地適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境下帶來的影響， 使用一種或者是幾種影響量不敏感的技術(shù)， 參照原理執(zhí)行計(jì)量校準(zhǔn)， 減少影響量， 并降低因素影響。

綜上所述， 計(jì)量校準(zhǔn)中的環(huán)境因素影響不僅復(fù)雜， 且涉及多方面。 本文通過介紹環(huán)境要素，對(duì)其進(jìn)行分類， 系統(tǒng)性地開展表述、 分析與構(gòu)建， 從不同層面和角度開展， 減少復(fù)雜環(huán)境不確定表述， 促進(jìn)劑量校準(zhǔn)內(nèi)環(huán)境因素的研究， 并強(qiáng)化其應(yīng)用。