道路交通用反光膜表面色测定不确定度分析

王 恒

(交科院检测技术(北京)有限公司，北京 101300)

道路交通用反光膜是已经制成薄膜状可以直接贴敷于其他材料上直接应用的一种逆反射材料[1]。主要利用光源照射将道路指示牌上的各种信息返回光源的贴附在道路指示牌表面的一层具有各种理化生能的塑料薄膜[2]。目前也是道路交通标志反光材料中应用范围最多的一种材料[3]。道路交通用反光膜主要作为使用材料多是裁剪成不同类型形状附着在底板上；适用于道路交通标志、轮廓标、交通锥面、隔离墩、防撞桶等交通安全设施，道道路交通用反光膜的主要作用就是改善交通标志的表面性能，适应不同气候条件下的交通环境，确保驾驶员和行人交通安全，道路交通用反光膜也多用于交通标志用以警示驾驶人道路上行进。

由于交通标志的颜色主要以白天使用为主，道路交通用反光膜在白天表现的各种颜色，即昼间色或表面色[6]。道路交通用反光膜是采用CIE标准照明体D65光源，D65光源的亮度近似于白天中午左右的太阳光，测量的几何条件取45°a：0°进行样品检测[4]。

目前，颜色的测量主要利用分光光度计测量物体的光谱反射率，其输出结果为三刺激值X、Y、Z，再经计算得到色品坐标x、y或色差[5]。采用科学严谨且相对合理的检测手段对逆反射材料的色度性能进行试验检测，保障交通安全的基础是取决于道路交通中各种安全设施的颜色性能能够满足国家级行业的产品标准和工程应用现场的使用的要求[6-7]。

测量不确定度的定义为利用现有所能用到的所有相关的信息数据，用以表述赋予被测量值的分散性的非负参数[8]。测量不确定度，描述了数据测量过程中结果正确性的可疑的程度，或不确定的程度。测量不确定度的数值结果越小，数据测量结果的可疑程度就相对越小，测定的结果就趋于越接近约定真值，可信度就越高[9-10]。不确定度的评定范围包含的不仅是由于设备仪器或者人为因素等引起的不确定度，其中还包含了除此之外的其他的会导致试验检测数据离散的各种原因，诸如，测试的环境温度、湿度和方法的不严谨，以及数据修约等。

本文利用工厂成品库中现场抽检的道路交通用反光膜作为样品进行试验检测，分析在试验检测过程中可能对检测结果引起的不确定度的各分量来源，对其不确定度进行合理的评估，确保反光膜产品色度性能测试结果的可靠性，增强试验检测机构在此检测领域的公信力，本研究探讨同时也为测定道路交通用色度性能的质量控制提供了相对有效、准确可靠的测量参考[11]。

1 样品检测

1.1 试验样品

寄送试验样品主要是两种，其一是的成品道路交通用反光膜一般都采用成卷的方式，其二是委托方自行裁剪成一定长宽的样品或标准试验样品，如若是成品道路交通用反光膜是均匀、光滑、缠绕在刚性圆芯上，根据整卷道路交通用反光膜试样现行标准中规定，道路交通用反光膜产品是利用裁剪完成的试验小件进行试验测量，按以下方法抽取和准备试样。

(1)从刚性圆芯上将整卷道路交通用反光膜试样取下，随机沿幅宽裁取1 m反光膜，沿对角线从左下角、中间、右上角各分别裁取反光膜试样见图1。

图1 反光膜取样方式

(2)按道路交通用反光膜GB/T 18833—2012国家标准规范中规定的方法裁剪制备试样，试样制成长度150 mm，宽度150 mm，数量为3件，并按生产厂商提示在背面做出基准标记。

1.2 试验环境

有些委托样品或自行裁决的样品会出现局部卷曲情况，由于道路交通用反光膜是不需要进行贴板后再进行测试，因此在试样测试前，首先应该要满足将样品放置在环境温度为23 ℃±2 ℃，相对湿度50%±10%的环境中进行至少24 h的样品状态调节；期间针对已卷曲翘边的试验样品，可以采用干净的压板对道路交通用反光膜进行压平，压板与膜之间注意放置干净的薄膜，用以保证样品的完整，防护由于压板对反光膜样品搓伤损坏，从而导致色品性能减弱甚至不合格，随后在环境温度23±2 ℃，相对湿度50%±10%中进行相关色品性能试验检测工作。

1.3 试验流程

采用CIE标准照明体D65光源，测量的几何条件取45°a∶0°[12]分别按GB/T 18833—2012国家标准规范中规定的试验方法，对长度150 mm，宽度150 mm的道路交通用反光膜试样测定。仪器先进行预热，随后需要将分光测色计进行调零操作，对标准白板进行校准方可以进行试验检测工作。每个道路交通用反光膜进行一次试验检测，取三件样品作为试验最终结果，测得各种反光膜昼间色的色品坐标和亮度因数。

1.4 试验设备

CM-2500c分光测色计测试设备主要是由测量探头、测试通道的控制板、白板等设备构成的测量系统，可在试验温度5～40 ℃，相对湿度80%以下正常工作，分光手段利用平面绕射光栅，测量波长范围为360～740 nm之间，具备45°/0°光学系统。

1.5 判定依据

测定道路交通用反光膜的亮度因数及色品坐标合格与否，是按照GB/T 18833—2012国家标准规范中给定的亮度因数范围判定数据大小和色品坐标在色品图位置分布，来确定是否符合产品标准；反光膜的表面色分为白色、黄色、红色、绿色、蓝色、棕色、荧光黄、橙色、荧光橙、荧光黄绿色等多种颜色，本文只列举出白色、黄色、红色、绿色、蓝色等颜色的道路交通用反光膜的颜色，其色品坐标和亮度因数应在表1规定的范围。

表1 反光膜颜色(昼间色)[12]

2 测量模型

基于分光测色计测试设备对道路交通反光膜测试方法分析，其建立的测量模型如公式(1)所示

ΔY=Y测量值-Y标准值

(1)

式中：ΔY是试验检测测量结果的示值误差；Y测量值是分光测色计测量试验样本的测量值；Y标准值是分光测色计测量配备的标准白色标板的测量值。

3 不确定度分析来源

测量结果的不确定度一般来源于：被测对象、测量设备、测量环境、测量人员和测量方法及被测物品所有不确定度因素的集合[13]。被测量的定义不完善、测量原理误差、检测人员操作误差等因素都可能直接或间接导致测量结果偏差。

由于道路交通用反光膜色度性能测试整体试验检测过程操作样本制备相对简单，测定环节也相对不复杂，从整体进行影响测量结果的因素角度去逐个考虑分析，同时也综合试验检测所需人员、材料、设备、环境、方法等可能存在的不确定度来源，再于此结合于其他相关文献期刊资料，分析发现环境温度、湿度对样品在制样后的整体状态是否翘曲有很大影响；但是只要能正常保证试验设备正常使用，检测的试验环境中的温湿度不稳定对最终的试验结果数据，影响极小。试验检测人员及相关试验方法方面对结果的判定可忽略，因此主要引起数据偏差不确定性的主要分布以下3个分量。

(1)试验检测人员重复性测量导致的不确定度分量u1；

(2)试验检测设备的示值误差导致的不确定度分量u2。

4 标准不确定度评定

4.1 试验检测人员重复性测量导致的不确定度分量u1

本次试验设备采用CM-2500c分光测色计，采用GB/T 3978规定的CIE标准照明体D65光源，测量的几何条件选取的是45°a：0°，本次试验采用的是Ⅳ类，高强级，密封胶囊式玻璃珠型结构的白色、黄色、蓝色道路交通用反光膜；通常试验检测次数多少，检测所得到的结果差值也不同，离散性也不同，往往我们可以增加试验检测次数，来提高检测结果的正确性，减少测得结果与约定真值的偏差。但是经过研究发现，在检测次数大于10次之后，增加检测次数相对于检测结果偏差不成正相关，偏差减少的程度很小。又因为在增加试验检测次数的同时，相应的也难以确保试验检测条件的一致性，同时也增加了时间、精力等损耗，从而可能带来负效益，甚至可能从而带来新的操作误差，因此在实际操作过程中，往往选取10次或10次以内相对再增加而言比较适应。

测试的测定点选取是在试验样本中随机选取的部位进行试验检测，检测的要求是在同一测量位置，同一测量环境，由一名试验检测人员操作同一测量设备下进行10次独立的重复测量试验，得到的观测值如表2所示。

表2 重复性测量结果

(2)

(3)

(4)

表3 试验检测人员重复性测量导致的不确定度分量 u1计算结果

4.2 试验检测设备的示值误差导致的不确定度分量u2

本次试验，通过查看CM-2500c分光测色计的校准证书得出其测量的示值误差，见表4所示。

表4 设备校准证书提供示值误差

(5)

(6)

(7)

表5 试验检测设备本身的示值误差导致的不确定度分量u2计算结果

5 合成不确定度评定

由于各分量属于独立存在且没有相关性，因此进行相关数据处理，则可以得到合成标准不确定度，见表6所示。

(9)

(10)

(11)

表6 合成不确定度评定计算结果

6 扩展不确定度评定

取置信概率p=95%，包含因子k=2，扩展不确定度U是通过合成标准不确定度uc和包含因子k乘积得到，k是一个大于1，通常取k=2；因此通过简单的数据计算就可以得出各个参数的扩展不确定度的数值。

U(Y)=k×uc(Y)

(12)

U(x)=k×uc(x)

(13)

U(y)=k×uc(y)

(14)

表7 扩展不确定度评定计算结果

7 结 论

本文在现行道路交通用反光膜GB/T 18833—2012标准方法框架下，利用分光测色计测定道路交通用反光膜色度性能，通过试验检测以及相关的数据计算分析，利用不同不确定度评定方法在试验测试过程中评定可能存在的不确定度主要来源，从而得出一下结论。

(1)白色道路交通用反光膜亮度因数的扩展不确定度U(Y)=1.2(k=2)，色品坐标x，y扩展不确定度U(x)=0.2(k=2)、U(y)=0.1(k=2)。

(2)黄色道路交通用反光膜亮度因数的扩展不确定度U(Y)=0.02(k=2)，色品坐标x，y扩展不确定度U(x)=0.01(k=2)、U(y)=0.002(k=2)。

(3)蓝色道路交通用反光膜亮度因数的扩展不确定度U(Y)=0.003(k=2)，色品坐标x，y扩展不确定度U(x)=0.002(k=2)、U(y)=0.002(k=2)。

试验检测设备自身由于其机器性能导致的数据间的示值误差的不确定度数值最大，对数据的离散性贡献最大，而试验检测过程中由于试验检测人员重复测量导致的不确定度分量引入的不确定度数值偏小，对数据离散性贡献相对于设备本身偏小，贡献的分量是次要的并不足以影响试验样本结果的真实性。与此就可以发现设备的计量校准结果的正确性、准确性对试验检测工作就相应的显得极其重要。