河南省計量（liàng）測試研究所  陳傳嶺

　　一、概述

    標準（zhǔn）心率信號發生器（qì）是按照JJG760-1991《心電監護儀》國家計量檢定規程的要求開發生產的一種計量標準儀器（qì），它在計算機的控製下產生低頻（pín）率、小幅度、脈（mò）衝寬度恒定的標（biāo）準心率信號，用於檢（jiǎn）定醫用心電監護儀的心率示值誤（wù）差、心率報警發生時間等技術指（zhǐ）標。本文根據JJF1059-1999《測量不確定度（dù）評定與表示》，對標（biāo）準心率信號發生器（qì）心率（lǜ）誤差和輸出幅度誤差的測量不確定度分別進行了（le）分析和評定。
    

　　二、標準心率信號發生器心（xīn）率誤差（chà）的測量不確（què）定度（dù）評定

    1.測量方法
    頻率是單位時間內周期現象重複出現的（de）次數，信號（hào）頻率或周期通（tōng）常（cháng）用（yòng）電子（zǐ）計（jì）數器測量。
    用通用計數器直接測量被檢（jiǎn）標準心率信號發（fā）生（shēng）器的心率的周期值，重複測量3次，其平均值就是被測信號的實際周期值T，而被測信號周期（qī）標稱值T_i與（yǔ）實際周期值T的（de）差，即為示值誤差。
    2.數學模（mó）型
    σ=T_i-T
    式中:T_i——被測（cè）信號周期的示值或標稱值；T——被測信號周期的實際值；σ——示值誤差。
    靈敏係（xì）數為:c₁==1  C₂==-1
    測量不確定度分量（liàng）為:u₁=|c₁|u(T)  u₂=|c₂|u(T_i)
    3.輸入量的（de）標準（zhǔn）不確定度評定
    (1)通用（yòng）計數器時基引入的不確定度u(T₁)
    選用的通用計數器時基準確度優於1×10^-6，測（cè）量周期為（wéi）1s(心率為60次/min)，其變化（huà）量T₁呈均勻分（fèn）布，則標準不確定度分量為:
    

    自由度ν₁→∞
    (2)通（tōng）用計數器時基（jī）溫度影響引入的不確（què）定度u(T₂)
    通用計數器時基環境溫度在（zài）20℃±5℃範圍內（nèi）變化時，時（shí）基準確變（biàn）化不大（dà）於5×10^-7，若測量周期為1s(心率為60次/min)，其變化量T₂呈均勻分布，則標準不確定度分量為:
    

    自由（yóu）度ν₂→∞
    (3)通用計數器分辨力引入的不確定度u(T₃)
    選用（yòng）的通用計數器測量1s周期（qī）時的分辨力T₃為1×10^-6，導致的不確定度概率分布為（wéi）均勻分布，則標準（zhǔn）不確（què）定度分量為（wéi）:
    

    自由度ν₃→∞
    上述三個分量(B類)彼此獨立（lì），實際上構成了由通用計數器引入（rù）的標準不確定度，即T₁、T₂、T₃構成了數學模型中被測信號周期（qī）實（shí）際值7本（běn）身的不確定度u(T)。
    (4)被檢標準心率信號（hào）發生器心率重（chóng）複性引入的標準不確定度（dù）u(T_i)
    被檢標準心率信號發生器心率引入的標準不確（què）定度（dù）是在重複性條件下，信號發生器輸出同一值時，測得示值T_i的重複性標準偏差。
    在（zài）這樣的（de）條件下，對（duì）被檢標準心率信（xìn）號（hào）發（fā）生（shēng）器輸出心率信號為（wéi）1s(60次/min)時，重複測量10次，其結果如下(單位s):
    0.99966、0.99968、0.99967、0.99966、0.99969、0.99967、0.99966、0.99967、0.99968、0.99966
    按貝塞（sāi）爾公式經（jīng）計算可得:
    u(T_i)=0.33×10^-5s=3.30μs
    自由變ν₄=10-1=9
    4.不確定度分量（liàng）一覽表（biǎo）
    

    5.合成不確定度
    根據分析，不確定度各分（fèn）量互不相關，而（ér）且T和T不（bú）確定度分量的傳遞係數(靈敏係數)絕對值均為1，故合成不確定度為（wéi）:
    

    有效自由度（dù）按（àn）韋（wéi）爾奇—薩（sà）特思韋特公（gōng）式可由ν₁，ν₂，ν₃，ν₄算得:ν_eff=10
    6.擴展不確定度計算
    由於合成不確定度的概率分布近似（sì）為正態分布，取置信概率p=99%，查t分布（bù）表，當有效自由度為10時，包含因子為k=3.17。
    擴展不確定度為U(σ)=kU_c(σ)=3.17×3.41=10.8μs，故可取為11μs，即標準心率信（xìn）號發生器心率誤差的擴展不確定度為U₉₉=11μs。
    

　　三、標準心率信號發生器（qì）輸出（chū）幅度誤差測量不確定度的評定

    1.測量（liàng）方法
    標準心率（lǜ）信號（hào）發生器的輸出（chū）幅度（dù），是采用直流電壓源和標準數字電壓比較法（fǎ）進行測量的。被測幅度（dù）與直流電壓通過高靈敏度（dù）示波器比較，在高靈敏（mǐn）度示（shì）波器上進行平衡顯示，用數字電（diàn）壓表分別讀取直流電壓在三角波幅度高端時（shí）的電壓值和低端時的電壓值（zhí），兩者之差即為三角波幅度實際值，重複測量3次，則其平均值就是被測幅度的實（shí）際顯示值。該被測幅度示值與實際（jì）值之差，即（jí）為示值誤差。
    2.數學模（mó）型
    σ=y_i-y
    式（shì）中:y_i——被測幅度示值；y——數字電壓表實際（jì）顯示值（zhí）；σ——示值誤差。
    靈敏度係數:c₁==-1  c₂==1
    測量不確定度:u₁=|c₁|u(y)  u₂=|c₂|u(y_i)
    3.輸入量的標（biāo）準不確定度評定
    (1)直流數字電壓表引入的標（biāo）準不確定u(y₁)
    選用的直流數字電壓（yā）表最大允許誤差為±0.01%，若（ruò）測量的輸（shū）出幅度(電壓為峰（fēng）峰值，以下相同)為3mV，其變化量呈均勻分布，則（zé）標（biāo）準不確定度分量為:
    u(y₁)==1.73×10^-4mv
    自（zì）由度ν₁→∞
    (2)直流電壓源穩定（dìng）性引入的標準不確定u(y₂)
    選用的直（zhí）流電壓源穩定性（xìng）為±0.01%/min，若測量（liàng）電（diàn）壓幅度為3mV，其變化量呈均勻分（fèn）布（bù），則標準不確定度分量（liàng）為:
    u(y₂)=73×10^-4mV
    自由度ν₂→∞
    (3)高靈敏度示波（bō）器基線估讀引入的標準（zhǔn）不確定（dìng）度（dù）u(y₃)
    選用（yòng）的高靈敏度示波器的最高靈敏度為10μV/div，測量過程中示波器（qì）基線漂移可通過調節位移旋鈕進行校正，故（gù）其基線漂（piāo）移（yí）誤（wù）差可忽略不計。若測量輸出幅度為3mV，靈敏度可選為20μV/div，被測幅度與直流電壓在高靈敏度示（shì）波器上進行（háng）平衡顯示，則示波器的估讀誤（wù）差不超過±0.05div，並服從均（jun1）勻分布，則標準不確定度分量（liàng）為:
    u(y₃)==5.77×10^-4mV
    自由度ν₃→∞
    上述（shù）三個分（fèn）量（liàng）(B類)彼此獨立，實際上構成了由穩壓源、電壓表、示波器引入的標準不確（què）定度即y₁、y₂、y₃構成（chéng）了數學模型中數字電壓表實際顯示值y本身的不確（què）定度u(y)。
    (4)被檢標準心率信號發生器（qì）輸（shū）出幅度重複性引入的標準不確定度u(y_i)
    被（bèi）檢標（biāo）準心率信號發生器輸出幅度引入的標準不確定是在重複性條（tiáo）件下，信號發生器輸出同一幅度值時，測得示值y_i的重複性（xìng）標準偏（piān）差。
    在這樣的條件下，對被檢標準心率信號發生器輸出3mV電壓值時重複測量10次，其結果如下(單位mV):
    2.956、2.957、2.955、2.958、2.959、2.956、2.957、2.959、2.958、2.959
    按貝塞爾公式經計算可得:u(y_i)=1.49×10^-3mV
    自由度ν₄=10-1=9
    4.不確定度分量一覽表
    

    5.合成不確定度（dù）
    根據各不確定度分（fèn）量的性質，各分量互不相關，而且y和y_i不確定度（dù）分量的傳遞係數(靈敏係數)絕對值（zhí）均為1，故合成不（bú）確定度為:
    

    有效自由度（dù）按韋爾（ěr）奇-薩特思韋特公（gōng）式（shì），可由ν₁、ν₂、ν₃、ν₄算得:ν_eff=12
    6.擴展不確定度
    合成不確定度的概率分布近似為正態分布，取置信概（gài）率p=99%，查t分布表，當有效自由度（dù）為12時，包含（hán）因子為k=3.05。
    擴展不確定度U(σ)=kU_c(σ)=3.05×1.62×10^-3=4.94mV，故可取為（wéi）5.0μV，即標準心率信號發生器輸出幅度誤差的擴展不確定度U₉₉=5.0μV。