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收藏AFIS系统随机误差的考查
摘要】:在使用AFIS测试系统时,一些随机因素如测试环境变化、尘埃、仪器状态、操作者主观偏差等,会引起测试结果出现随机误差。随机误差使测试结果偏离真实值,但却很难被人们控制和避免。本文利用AFIS系统对一种棉纤维做20次独立重复试验,考查平均长度、长度变异系数、短绒率、重量加权上四分位长度等指标的稳定性差异,并计算把这些指标的误差率控制在一定范围内所需的试验次数。发现重量加权平均长度、重量加权上四分位长度和5%L(n) 指标随机误差较小,显著性水平α=5%时试验1~2次就能使保证误差率在d =5%以内;短绒率的随机误差明显大于其他长度指标,为提高AFIS测试短绒率的准确度需要相应增加试验次数。

在棉纤维长度测量领域,AFIS(Advanced Fiber Information System)单纤维测试系统是现有仪器中较优的一种,具有快速高效的特点,受到国际纺织联盟(ITMF)的推荐。然而AFIS仍存在一些问题,比如,美国农业部的James Knowlton研究认为AFIS短绒率的测量结果不准确;在1992—1997年Helmuth Harig领导的不莱梅循环测试中,AFIS的平均长度指标与Almeter(瑞士Peyer产品)相差2.5mm,且在短绒率方面的测试结果达不到要求;在2000年Frydrych报道的不莱梅循环测试中,不同实验室得到的短绒率的相关系数平方R 2最大为0.58,最小为0.35[1]。分析原因主要有:不同地点的测试环境(温度、湿度、气压等)不同,尘埃的影响,测试仪器自身状态的波动,试验员处理各份样品时的微小差别以及读数的不确定性等。本文研究AFIS系统测得的各长度指标的随机误差,以及通过增加试验次数使测量指标的误差率控制在一定范围内。随机误差越大,要降低误差率所需要的试验次数就越多。

1 理论依据

    从批量原料中抽取实验室样品,又从实验室样品中抽取试验样品,再从试验样品中取出一定数量的纤维作为试样进行试验。由于被测量纤维的数量与整个货批的纤维数量相比是非常少的,因此可认为纤维总体是无限的,所以

可采用公式(1)确定试验次数[2]。

(1)式中:n ——试验次数;tα——分布的临界值;C——变异系数,%;d :保证误差率,%。对于待考查的各个指标的未知变异系数,可先测试一定次数(n ),然后计算测试结果的平均值和变异系数,在确定的误差率和显著水平情况下,按式(1)计算出必须测试的次数n 1,若n 1< n ,则n 1为该项指标的测试次数;若n 1> n ,则n 1-n=m,m为需补充测试的次数。补充测试后,重新计算次数为(n +m)的平均值和变异系数,并以平均值的百分率表示置信区间的半宽值[Δ%,见式(2)],若Δ≤d ,那么(n +m次为最终的试验次数[3]。

2 试验

2.1 原料及仪器

试验原料为一批墨西哥细绒棉,测试仪器为AFIS单纤维测试系统。2.2 试验过程

首先随机称取20个试验用的试样,各0.5g,用手整理得平行顺直一些,然后将各试样用双手手掌搓揉成长30cm且沿长度方向均匀的棉条,最后按编号对应放进AFIS各试管内。

    AFIS工作时先对试管内的试验棉条进行单根化分离,然后用气流携带单根纤维通过光电测试系统,最后输出各长度指标的测试结果。

3 结果与分析

    3.1 平均长度、长度变异系数、上四分位长度、5%L(n)试验用了20个试样,因此每个长度指标获得20个测量值,测量结果见表1。按照式(1),在显著性水平α =5%时,为控制保证误差率d =5%,各长度指标的所需试验次数见表2。

    从表2可以看出,AFIS单纤维测试系统测试棉样时各长度指标的随机误差水平存在差异。重量加权平均长度、重量加权上四分位长度和5%L(n) 指标的随机误差相对较小,稳定性较好,所需试验次数为2次

或1次,在一定的显著性水平下,只要测试较少的次数就能使结果控制在较小的误差范围内;另一方面,重量加权平均长度变异系数、根数加权平均长度和根数加权平均长度变异系数指标的随机误差相对较大,稳定性稍差,所需试验次数为4次或5次。

3.2 短绒率

    试验中,测试前10个试样时定义12.7mm以下纤维为短绒[重量短绒率和根数短绒率分别表示为SFCw(12.7)和SFCn(12.7)],测试后10个试样时定义16mm以下纤维为短绒[重量短绒率和根数短绒率分别表示为SFCw(16)和SFCn(16)),测量结果见表3。按照式(1),在显著性水平α =5%时,为控制保证误差率d =12%和d =15%,短绒率的所需试验次数见表4、表5。

    从表4、表5可见,与其他长度指标相比,AIFS系统测试的短绒率指标受随机误差的影响更大,更不稳定;根数短绒率受随机误差的影响比重量短绒率小,即根数短绒率的稳定性相对较高;其他因素相同时,定义在12.7mm以下的短绒率的稳定性高于定义在16mm以下的短绒率。

    因此,用AFIS单纤维测试系统测试短绒率指标时,必须适当增加试验次数来降低误差,否则就不得不扩大误差范围。



4 结论

通过使用AFIS单纤维测试系统对同一批墨西哥细绒棉的随机试样进行测试,发现:
(1)各长度指标的稳定性存在差异,其中重量加权平均长度、重量加权上四分位长度和5%L(n) 指标随机误差小,在显著性水平α=5%条件下试验1~2次就能保证误差率在d =5%以内;

(2)短绒率的随机误差明显大于其他长度指标,稳定性较差,因此为提高AFIS测试短绒率的准确度需要增加试验次数;

(3)其他因素相同时,根数短绒率的随机误差低于重量短绒率,定义在12.7mm以下的短绒率的随机误差低于定义在16mm以下的短绒率。

本研究表明AFIS测试系统并不像我们想像的那么精确,特别是对于短绒率,应该测试较多的次数,否则就要扩大测试允许误差率范围。

 

参考文献:

[1] 何晓峰.AFIS棉纤维长度测量的不足之处[J].中国棉花加工,2005(6):25-27.

[2] 全国棉花质量检验人员执业资格考试专家委员会编.棉花质量检验[M].第1版.北京:中国计量出版社,2000.

[3] 袁晓鹰,周尊英.准确度、正确度和精密度试验间的区别与关系[J].煤质技术,2008(3):35-36,38.

(作者单位:东华大学纺织学院)

 

 


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