校准决定成败

在光测量技术领域，测量类型和被测量物的多样性几乎没有限制。为了准确解读测量结果，正确的测量设置至关重要，因为它直接影响到误差预算的大小。那么，如何确保测量结果的精确性、准确性，甚至是绝对值呢？

每次测量都伴随不确定度

在计量学中，有一项重要的原则：任何测量都会伴随一定的不确定度。这意味着测量值只是我们所寻求的真实值的一个估计，而测量不确定度则用来衡量测量的可靠性。因此，一个完整的测量结果不仅要包含数值和单位，还要包括测量不确定度。这些不确定度由所采用的测量方法决定。测量仪器本身的测量不确定度只是整体误差预算中的一部分。待测物的稳定性以及测量的实施过程（例如测量距离的精确设定）也会对结果产生影响（见图1）。测量人员需要考虑并控制所有可能影响结果的因素。

图 1：使用参考灯，通过积分球将光谱仪校准到辐照度的测量设置。

测量仪器经常被用于质量控制。为了确保不同生产线、不同地点的产品质量一致性，1875年签订了《米制公约》，建立了国际单位制（SI）。2019年修订后的SI系统包括七个基于常数的基本单位，其中包括光速c。这确保了SI单位的定义不依赖于具体实现。光度测量中使用的所有单位都与光强度（坎德拉，cd）相关，其定义通过光度辐射当量Kcd与历史定义保持一致。

确保校准链的连续性

在实际操作中，SI单位通过校准传递，从而保证计量的可追溯性（见图2）。这种可追溯性基于一系列可以追溯到SI单位初级标准的测量。在光测量技术中，自起步以来，参考光源就被用作单位传递和测量系统校准的标准。在许多应用中，这些光源的光谱分布近似于温度为2856K的普朗克发射体，即“标准光源A型”。在光测量技术中，校准测量仪器和光源的方法主要有两种：
· 直接校准：使用参考光源对探测器进行校准，或者反过来，用参考探测器校准光源。
· 间接校准：通过比较测量结果，用另一个探测器或光源来进行校准。

图 2：从国家计量研究所到客户端的连续校准链。

为了确保测量结果的可比性，必须确保从测量仪器到一级标准（SI基本单位实现）的校准链不中断。因此，测量仪器制造商和测试实验室通常会使用经过国家计量研究所（如PTB或NIST）校准的参考标准，以确保最佳的计量可追溯性。由于参考标准的数量和使用寿命有限，实验室会定期按照上述程序生成使用标准，以应对日常需求。这些标准用于日常的实验室操作，以校准和测试待测设备（例如光谱辐射仪和审计光源）。

定期校准的重要性

领先的光测量技术制造商通常拥有经过认证的测试实验室，用于设备的质量保证。在这些实验室中，生产的测量仪器会接受详细的质量检查，并将结果记录在测试证书中。在德国，测试实验室通过DAkkS（德国认证机构）根据DIN EN ISO / IEC 17025:2018进行认证，以确保测量结果的可比性。DAkkS是ILAC（国际实验室认证合作组织）的成员，这也确保了认证的国际有效性。认证标准明确规定了技术要求，如测试方法的选择、验证、计量可追溯性和测量不确定度的评估。

由于环境因素，测量仪器的性能可能会发生变化，从而影响测量结果。因此，设备应定期接受检查，以确保其在规定的公差范围内工作。例如，客户现场的审核可以通过使用一组校准光源来进行（见图3）。通过预定义的测试标准，可以精确确定设备何时需要在制造商处进行重新校准。高质量、稳定的测量仪器在经过定期审核后，可在长时间内保持可靠的测量结果。

图 3：定期使用例如审核光源的审核，确保测量结果保持在指定的公差范围内。

确保测量结果的精确、准确和绝对性

要获得具有可比性的绝对测量结果，无论操作方式如何，测量仪器的信号必须用明确定义的SI单位的倍数来表示。此外，每次测量都必须包含测量不确定度，这两者都需要通过可追溯的校准来确保。校准从一个已知的基准开始，这个基准的测量值和不确定度是明确的，并且可以通过一系列连续的校准过程追溯到SI单位的实现。例如，在光电探测器的校准中，可以通过一个光源将测量信号与标准的辐射功率关联起来。高质量的测量仪器能够提供可重复、精确的测量结果（见图4）。通过校准，可以确保这些结果的准确性，并将测量不确定度降到最低。使用国家标准进行校准，测量结果是可追溯的，因此也是绝对的

图 4：精确、正确和精准测量结果之间的差异。

作为光测量技术的领先制造商，Instrument Systems将高测量质量视为首要任务。为此，我们在慕尼黑和柏林设有获得认可的测试实验室。IS光测生产的所有测量仪器，都要经过详细的质量检查，并把检测结果记录在测试证书中。我们的认证测试实验室保证了独立、可靠且可比较的测量读数，可以直接追溯至PTB（德国）和NIST（美国）等国家计量研究所的基准标准，适用于我们出品的任何测量仪器。因此，无论您使用何种特定的计量方式，或在何处的测量站或生产线，始终可以直接比较测量结果。

如需了解更多信息，欢迎访问Instrument Systems官网。
*本文同时发表于 Photonics & Imaging Technology