图2扫描非圆形纤芯或包层

图2显示了对于椭圆形包层或纤芯，当在一个或两个轴上采样时产生的误差。如图2a)所示，椭圆 的大直径与X轴对齐，在这种情况下，只在X轴上进行采样得到的平均直径将大于实际直径，包层或 纤芯的不圆度将被错误评估（同样，仅在Y轴上进行采样得到的平均直径将小于实际直径）。如果在包 层或纤芯的两个轴上进行采样，则包层或纤芯平均直径和不圆度可以得到更好的表征。如图2b)所示， 在两个轴上采样得到的直径大致相同，如果同时进行两个轴的采样得到的结果显示包层或纤芯是圆形 的。此时，转动士45°角度再次进行扫描可以发现包层或纤芯的不圆性，但是难点在于无法预先知道正

GB/T15972.20—2021确的扫描角度。转动一45°和十45°以外的角度，可以得到包层或纤芯的平均直径，但得到的包层或纤芯的不圆度将小于实际值。4.3.2.33同心度不确定性如果扫描单轴，相对于包层的中心，纤芯的中心无法确定。如果扫描两个正交轴可以对纤芯中心进行合理估计。但如果不在通过纤芯中心的弦上扫描，则无法确定纤芯。如果纤芯远小于包层，并且与包层非同心，则一个或多个扫描都无法保证通过纤芯。4.3.3多维扫描4.3.3.1多角度扫描如4.3.2.2和4.3.2.3所示，可以通过在两个正交轴上扫描来提高光纤几何形状的确定性。将扫描结合在两个以上的角度（例如0°、45°、90°和135°）将进一步提高确定性。通过固定光纤的卡盘旋转光纤，多角度采集数据，或者通过扫描仪本身的力学旋转实现这种多角度扫描的设计。但要注意，所有的角度扫描应共用一个参考系（一个共同的起点），否则可能得出错误的结论4.3.3.2栅格扫描如果扫描仪能够在两个正交轴上运动，则可以通过执行栅格扫描来构造光纤的二维图像，使用视频灰度法测试本质上是栅格扫描。4.4数据解析4.4.1少数角度扫描集的简单组合当解析仅测量几个角度方向的数据集时，通常使用简单的数据解析。对于每个包层或纤芯，可以通过平均每个角度扫描的直径来确定最终直径，通过使用所有扫描角度中的最大直径和最小直径来确定不圆度。当同时测量包层和纤芯时，可以简单地从最差同心误差的那个角度来确定最终的同心度误差。有关详细信息见附录D。4.4.2多角度或栅格数据集的椭圆拟合当从扫描组中提取多个数据点时，如扫描多个角度或使用栅格扫描时的情况，边表可能适合椭圆模型。附录E描述了拟合包层或纤芯边表（按附录D所述确定）的方法。对于所有光纤的包层和纤芯，椭圆拟合是基准方法。5基准试验方法（RTM）方法B中的视频灰度法是测量所有适用范围光纤的基准试验方法（RTM）。数据分析应采用附录C所述的边界检测，与附录D所述的椭圆拟合，以将边表解析为几何参数。样品长度的参考值见附录A和附录B。A类光纤的K因子的描述见附录C。6装置在附录A、附录B中分别规定了折射近场法和传输近场法（包括视频灰度法和机械扫描法）试验方法的装置图和对设备的相应要求。5

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电力标准规范范本试样长度的要求分别见附录A、附录B中的测

试样的光输入端和输出端的端面应清洁、光滑并与光纤轴垂直。端面倾斜会影响测量精度，端面倾 斜角应小于1°。 对端面更详细的要求见附录B中的B.2

测量应在GB/T15972.10规定的标准大气环境条件下进行。方法A、方法B分别见附录A、附录B 中的程序。

测量应在GB/T15972.10规定的标准大气环境条件下进行。方法A、方法B分别见附录A、附录 的程序。

有关计算的详细信息，分别见附录C和附录D以及参见附录E。

0.1 测量结果报告应包括下列内容： 测量名称； 试样识别号； 测量结果； 测量日期和操作人员。 0.2根据要求报告中也可包括下列内容： 所用测量方法； 试样长度； 被测光纤类型； 失效或合格判据； 环境温度和相对湿度； 仪器装置说明； 试验装置最近校准日期

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附录A （规范性附录） 方法A——折射近场法的特定要求

折射近场法直接测量光纤（纤芯和包层）横截面折射率变化，经定标可给出折射率绝对值。折射近 汤法能得到单模光纤和多模光纤的折射率剖面。折射近场法通过在光纤端面上扫描光斑来确定光纤的 相对折射率变化的径向依赖性。如果可以产生理论光线，则可以通过将光线以大于光纤的最大数值孔 经的角度注人光纤并测量其出射角来检测折射率的变化。由于不能产生理想的光线，并且由于光纤的 物理尺寸为微米级，所以采用多角度束的射线积分近似的方法。具有大于光纤的数值孔径的小光点以 正常入射角扫描在光纤的端面上。然后，以大角度（即大于数值孔径）对离开光纤的光锥进行小范围采 详。该采样区域中的总功率为发射点径向位置的函数。当光穿过局部折射率有差异的光纤时，光会发 主折射，出射角将会改变。穿过纤芯和包层的光线将比单一透过包层的光线以更小的角度离开光纤 由于仅对天角度光进行采样，纤芯区域的总检测功率将低于包层。因此，给定扫描位置处的相对功率与 该位置处的光纤折射率成正比

折射近场法原理示意图和试验装置如图A.1、图

图A.1折射近场法示意图

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图A.2折射近场法试验装置图

A.2.3注入光学系统

注人光学系统通常是高放大倍数，高数值孔径的透镜，对光纤的数值孔径（NA）满注人。并将光束 聚焦到光纤平坦的输出端面上。光束光轴与光纤轴夹角应在1°以内。装置的分辨率取决于聚焦光斑

A.2.4XYZ定位器（扫描阶段）

注人光学器件或液体盒单元应安装在三维定位器上，三维定位器活动范围大于被测光纤直径。 轴（Z)的分辨率应确保光纤端面的对焦足够清晰。其他两个轴（X和Y)的分辨率应小于聚焦光斑 的一半。

阻挡盘的目的是确保进入光纤的光，在光纤内部没有内部反射或引导的情况下，从光纤中折射出来 到达检测器。采用任何引导光，光纤本身如果足够长可以以弯曲出光路的方式来发挥部分阻挡盘的作 用，但这是不够的。部分内部反射会使包层/油界面处的一些光线反射回光纤。当非折射光到达检测器 时，测量的功率将增加，导致指标确定相应的负误差。 阻挡盘可以防止对角的光锥到达检测器。选择合适的阻挡盘，使大部分非折射光被阻挡，而不会阻 挡较多的折射光以至于使仪器的信号噪声性能下降。通常，对置锥体的数值孔径近似等于注光的数 值孔径除以/2

A.2.6光收集和检测器

测量通过阻挡盘的光的总功率是有必要的。 可以使用大型聚光透镜系统、抛物面和椭圆镜、大面 则器、积分球和其他方式来实现，但实际的实现将需要权衡检测器的尺寸和光学复杂度。相关的组 确保满注人光的所有功率都能检测到，同时检测器的噪声和动态响应不会严重影响测量。

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检测器本身应响应于光源的波长，并且对预期光功率级别的范围是线性的。放大器和数据转换器 通常耦合到检测器以调节检测器的信号，并在扫描时自动测量相对差异，

A.2.7 计算机系统

计算机通过控制定位器和数字化检测器信号来收集数据。收集数据后，计算机通过适当的校准将 验测器信号转换为折射率差（或绝对折射率）

光纤浸渍在液体盒中，液体盒确保输出端 光线遇到足够高折射率的液体，使得光线不会通过全部反 射或局部反射耦合回光纤。盒中折射率匹配油的折射率应高于光纤包层折射率。液体盒本身的设计可 以是任意的，只要其不会实质上影响折射光进人光收集系统

光纤样品的长度取决于仪器设计。在任何情况下，不允许通过光纤的输出端（端部不在仪器的 面中）将光耦合到检测器中。 浸人液体盒中光纤段上的全部涂覆层应去除

A.4.1加载和居中光纤

将光纤样品放在液体盒中，并粗略定位光纤中心X，Y，可以通过诸如用钨灯的背光照射的方法确 定，或者通过扫描XY平台来搜索光纤。调整测试台以将光源聚焦在光纤端面上。 如果仪器设计需要，将阻挡盘放在输出圆锥中心上。对于A类多模光纤，阻挡盘定位在光轴上恰 好可以阻挡泄漏模。对于B类和C类单模光纤，阻挡盘定位还要给出最佳分辨率。 一且光纤居中并且阻挡盘对齐.就可以执行线扫描或完成栅格扫描

采用预期的角度对XY平台进行扫描。当9=0°时，则只扫描X平台，当=90°时，则只扫描Y平 台，当采用其他适当的角度时，则同时扫描X平台和Y平台（平台分辨率和所需要的扫描分辨率将限制 可扫描的角度）。扫描范围应延伸超过X，，Y两侧的包层。应选择扫描的径向间距，充分覆盖折射率变 化，以确定具有所需要精度的光纤的几何形状。收集一组ns功率读数，其中： P；是检测到的功率读数； 工：是收集的功率读数对应的半径读数

在足够覆盖两个轴的包层的范围内以栅格图案扫描X和Y轴上的平台。应选择扫描的径向间距， 充分覆盖折射率变化，以确定具有所需要米 精度的光纤的几何形状。收集一组功率读数，其中： Pi.I是检测到的功率读数 一工；是收集的功率读数对应的X轴的点； y是收集的功率读数对应的Y轴的点

从液体盒中取出光纤对装置进行校准。测量期间，光锥角随入射点处光纤折射率的不同而变化

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通过阻挡盘功率的变化）。 如已从液体盒中取出光纤，并且已知液体折射率及液体盒厚度，可通过沿光 轴平移阻挡盘模拟角度的变化。通过把阻挡盘移动到若干个预定位置，可得到相对折射率面图，确定 义表的△校准因子K。如果精确知道在测量波长和温度下包层或匹配液的折射率，就可准确确定绝 对折射率n和n2值。 扫描阶段的几何缩放因子用Sx和S（以微米每步为单位)来表示。它们可以通过扫描可追溯的介 质来确定，例镀铬玻璃网格，或通过镜台 微计或分度器进行校准，也可以通过其他适当的方法来确定， 也可以使用国家标准

△; =K(Pref P,) （A.1） 式中： Pref 参考功率水平，确定面中的折射率差异为零，它可以是剖面中的任一点，也可以是仪器 参数，其值不影响后续计算。 图A.3和图A.4显示了A1类光纤典型的折射率剖面数据。图A.4描述了折射率的灰度级，颜色 越白表明折射率越高。

图A.3A1类光纤典型的线扫描折射率剖面图

图A.4A1类光纤典型的栅格扫描折射率剖面

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下面的参数可以通过测试得出： 纤芯直径（仅适用于A类光纤）； 包层直径； 芯/包层同心度误差； 纤芯不圆度（仅适用于A类光纤）； 包层不圆度； 最大理论数值孔径； 折射率差； 相对折射率差。 可以使用不同的方法确定包层边界，例如可采用定位基准线法，若用此方法确定包层边界，在校准 又器和测量样品时均应用同样的定位基准线。 除了第10章中结果报告应包括的内容外，根据规范要求在报告中也应包括下列内容： 在指定波长上进行校准的特定角度的折射率剖面； 仪器装置图和波长修正方法

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附录B （规范性附录） 方法B—传输近场法的特定要求

传输近场法通过分析被测光纤端部横截面上的位置函数光功率密度来确定A类多模光纤和B类， C类单模光纤的几何参数。传输近场法主要包括下面两种分析方法，对光纤端面的近场图像进行分析： 视频灰度法，通过视频系统实现二维图像分析； 一机械扫描法，通过获取一个或多个一维扫描图像进行分析。 视频灰度法是光纤几何参数测量的基准试验方法（RTM）。 通常使用一维机械扫描法来测量A类多模光纤的纤芯直径。但是，一维扫描法单独使用时具有局 性，可以接照附录C和附录D的数据解析技术来组合多个一维扫描解决这种局限性。典型的方法是 采用一维近场扫描法测试A类多模光纤的纤芯直径

视频灰度法和机械扫描法的原理示意图如图B.1、图B.2所示

图B.1视频灰度法典型原理图

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B.2.2.2照射纤芯的光源要求

图B.2机械扫描法典型原理图

应使用非相干光源来确定A类多模光纤的纤芯几何尺寸，除非另有规定，该光源可以在角度上和 空间上在工作波长对纤芯均匀满注人。也应使用非相干光源确定B类和C类单模光纤的纤芯中心，但 纤芯直径和不圆度不适用。因此，对于B类和C类单模光纤，其照射纤芯的光源要求更加宽松：为了方 更仪器设计可采用任意波长，在该波长下，光源对光纤满注人，保证光纤中一个或儿个模式的传输。前 提条件是，即使当多个模式组在纤芯中传播时B类和C类单模光纤的纤芯中心也不会随波长变化。 除非产品规格书另有说明，否则应采用中心波长850nm士10nm的光源照射纤芯以确定A1、A2 和A3类多模光纤的几何尺寸。对于A4类多模应采用中心波长650nm士10nm的光源。所有A类多 模光纤的纤芯光源的半幅全宽应大于10nm且小于50nm。 以最新版A类光纤标准为准

包层可以在暗场中照亮，即光直接在光纤的端面发生反射，包层周围没有光，或者相反地，光直接透 过空气离开包层，包层没有光。光源波长不重要，但是应考虑放大光学器件的色散与照射纤芯光源波长 的关系：在光学器件的性能窗口内选择相似的波长或至少一个波长确保当包层聚焦时纤芯不会散焦。 仅测量A类光纤的纤芯直径时，在测量过程中包层不会被照亮。对于视频灰度法，还可以使用图 像或扫描来确定纤芯直径和不圆度，此时包层未被照亮，所有其他参数采用第二个照明包层的图像进行 测试，

B.2.3光纤固定和定位装置

应采用诸如真空吸盘之类的稳定的固定装置固定光纤输入端和输出端。该固定装置应和定位装

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在一起，以便使光纤输入端和输出端能在输入光束和照明包层的光束中精确地对中。为了便于操作，可 将固定装置安装到三维平台上（在机械扫描中，这些平台可以起到扫描器的作用）

B.2.4包层模剥除器

应采用包层模剥除器移除包层中传输的光功率。当光纤内涂覆层折射率高于包层折射率或只测量 包层几何参数时，则不需要包层模剥除器

对于本附录的两种测试方法，检测 光电二极管和现代相机传感器可满足线性要求，但应注意选择和使用。因为过高的照明和设计 的电子、数字化系统可能会降低这些探测器的性能

B.2.5.2灰度级别检测器

对于视频灰度法，使用摄像机检测放大的近场图像输出。视频数字转换器执行用于分析的图像的 学化（通常相机和数学化仪被组合成一个元件）。数学化输出将是NRow行和Nco列上的近场强度 I(r，c)的像素阵列。电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体（CMOS)成像传感器都适用于此应 用。有效像素大小应满足公式（B.1）。 检测系统中存在的系统误差可能会降低测量精度。这些误差包括所得数字化图像的几何均匀性或 检测器/数字转换器相对于光强度变化的线性度。IEC61745提供了确定误差大小的方法

B.2.5.3机械扫描检测器和扫描仪

机械扫描检测器使用固定孔径检测器和扫描系统来获取作为位置函数的图像强度。机械扫描器提 共了扫描光纤近场图案的聚焦图像的手段；校准扫描仪可获得相对径向位置。如果设备采用非常高分 辨率的机械扫描器，则可以移动光纤或等效地将成像系统和检测器一起移动。另一种方法是扫描图像 平面中的检测器，充许使用较低分辨率的机械扫描仪。在任何情况下，机械扫描仪应足够线性以满足所 需要的测量精度。 检测器的有效孔径应满足公式（B.1）。具有小的有效面积的检测器（即与40X成像系统结合使用 的直径为20μm的检测器）可满足该要求。可以使用具有足够小的纤芯直径的光纤来限制孔径，其输 入端在图像平面中聚焦，并且其输出耦合到检测器。也可以使用机械针孔（在这种情况下，可以使用光 学成像器将针孔的背面成像到光学检测器上）。

B.2.6放大光学装置

B.2.6.1光学成像系统

应采用一种合适的成像系统，可以放天试样的输出近场图像，以便能对该放天图像进行扫描。该成 象系统的数值孔径应大于待测光纤的纤芯数值孔径。成像系统的数值孔径影响测量的分辨能力，因此 应与测量精度相适应，且不低于0.3。 视频灰度法中的像素最大尺寸或机械扫描法中检测器（或针孔）的尺寸相对于放大的近场图像应足 够小，小于系统衍射极限乘以2。公式（B.1）如下：

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d< 1.22M 4NA

.+++++++( B.1

式中： d 一一摄像机像元尺寸或视频阵列检测器基元（或针孔）尺寸，单位为微米（um）； M 一光学系统的近似放大倍数； 入 最小的测量波长，单位为微米（μum）； NA一一测量A类光纤的纤芯直径时被试光纤数值孔径，或测量包层直径时物镜数值孔径。 系统放大倍率可以通过校准光学系统和扫描系统得到。因为扫描系统（灰度显微镜中的像素间距 机械扫描仪的步长）也属于系统放大的一部分，因此也应进行校准

B.2.6.2视频灰度法

当使用视频灰度法时，选择放大倍率以便传感摄像机的面积被待测对象的图像占据（如测量包层和 纤芯时的光纤包层，或仅测量纤芯时的纤芯），确保有效像素大小满足公式（B.1)的要求。 X和Y轴都应进行校准，这些校准通常是独立的。IEC61745提供了执行校准所需要的方法。所 得到的校准因子是S和Sy，单位为微米每像素（um/PX）

B.2.6.3机械扫描法

使用机械扫描法时，选择成像系统放大倍数和检测器孔径大小，以满足公式（B.1）。扫描仪分辨率 最小步长）应不大于检测器孔径直径的一半。 扫描仪应进行校准。Sx校准结果可以使用可溯源的标准物质来获得，如镀铬玻璃尺或点阵网格 如果使用扫描仪的两个轴，则两个轴都应进行校准，得出两个独立因子Sx和SY

B.2.7视频图像显示器（视频灰度法）

应采用视频图像显示器显示图像。操作人员借助显示器屏上的图标（例如十字游标）将被测试样图 像置于中心。可采用计算机控制的对准和/或聚焦装置。通常视频图像显示器和计算机的显示器是组 合在一起的

使用电脑获取数据，执行分析并生成相应的数据报告

试样端面应清洁、光滑并垂直于光纤轴。测量包层时，端面倾斜角应小于1°。端面损伤应尽量避 免，使对测量精度的影响最小。操作过程应注意避免光纤过小的弯曲。 除非另有说明，否则所有A类多模光纤的样品长度应为2m土0.2m，但对于Ala.1b，A1a.2b，A1a. 3b（弯曲不敏感）子类多模光纤有争议时参考样品长度应为100m士2m。常规测量允许使用更方便，更 短的长度。当指定2m以外的长度作为参考样品长度时，应建立2m的测量值与参考长度测量值的映 射关系，详细可参见附录F。 注：纤芯几何尺寸的中心波长以最新版A类光纤产品标准为准。 B类和C类单模光纤没有长度限制。通常可以使用2m土0.2m的样品长度

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可以使用可溯源的标准物质来校准设备

B.4.2.1视频灰度法

在输入端调整样品位置以获得规定的注入条件。通过自动方式或手动控制监测器的方式聚焦并定 立输出端的近场图像在摄像机的中心。调整纤芯和包层光源以实现最佳的信噪比，同时避免像素饱和。 将图像中的数字化视频数据作为像素强度I的阵列记录。X和Y轴的间隔参数x和分别等同 于倍率校准参数S.和S

B.4.2.2机械扫描法

B.4.2.2.1一维扫描

在输入端调整样品位置以获得规定的注人条件。调整输出端使得能扫描放大的图像，这可能包括 将输出端的图像聚焦在扫描孔径的平面上并使图像居中，使得纤芯的中心处于预期位置。调整光源以 实现最佳的信噪比。通常，机械扫描仅用于确定A1类光纤纤芯几何尺寸，如图B.3所示。在这种情况 下，仅使用光源照射纤芯，包层不被照亮， 扫描近场图像，并记录强度I及其相关位置工

B.4.2.2.2多角度的一维扫描组合

图B.3A1类光纤纤芯典型的一维近场扫描图

按照B.4.2.2.1中描述的括 多模光纤 扫描或包括包层的扫描.每次扫描者

B.4.2.2.3栅格扫措

按照B.4.2.2.1中所述的扫描方式，在垂直于B.4.2.2.1中扫描的轴线上，以y记录的栅格位置进 苗。覆盖的栅格距离应与覆 盖的扫描距离相同，如图B.4

度数据解析到几何参数见附录C、附录D以及参

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图B.4A1类光纤典型的栅格近场扫描图

除了第10章中结果报告应包括的内容外，根据规范要求在报告中也应包括探测器类型和孔径大 对机械扫描法）。

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附录C （规范性附录） 边缘检测和边表结构

由折射近场法或传输近场法的数据确定纤芯和包层的边界轮廓（边缘检测），并进一步得出光纤几 可尺寸，包括一些简单的参数，如直径和圆心，或者对边界轮廊进行椭圆拟合，拟合方法见附录D。A 类、B类、C类光纤具有两种对象一一纤芯和包层，本附录中描述的边缘检测技术假设这两个对象近似 为圆形且同心的。 对于所有型号的光纤，纤芯的边缘可由决策水平边缘检测技术计算（详见C.2）。纤芯边缘极限值 只适用于所有的A类多模光纤水质标准，但不适用于B类、C类单模光纤（对于B类、C类光纤的推荐值在下面 给出）。包层的边缘可同样由决策水平边缘检测技术求得，但可由其他技术代替（这些技术经常使用各 钟各样的空间滤波器并且可以应用一维或者二维模型，本部分没有对这些技术进行描述）。对于附录B 中提到的视频灰度技术，确定包层边缘的任一种边缘检测技术都应与包层直径的校准方法一致。

C.2决策水平边缘检测技术

决策水平边缘检测技术通过找到跨越触发强度水平T的数据集中的点来定位边缘。其中T由基 线强度IBase、峰值强度IMax、决定性因子K决定。将边缘定义为跨越T的两个点和αR的插值。则T 由公式（C.1）和公式（C.2）表示：

图（：1中为典型的一维近场强度图。 基线强度水平，最上面的线为参考峰值水平，中间的线为决策水平（设定K为0.5或50%）。包层为穿 过轴左右两侧的阈值，光纤的包层直径为左右两个阈值之间的间距D，见公式（C.3）、公式（C.4)和公 式（C.5）

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.2.2A类多模光纤纤芯的参考水平和K因子

形位公差标准图C.1典型的包层一维近场强度图

在C.2.1所示的样例中，给出了参考水平。参考水平的估计对有效确定纤芯和包层的边缘是非常 重要的，因为决策水平是由参考水平决定的。包层的边缘具有极其陡峭的边缘过渡，因此在决策水平中 一点小小的不同将会给检测边缘的测定带来巨大的影响，见图C.2。多模纤芯直径通常用决策因子定 ，这些决策因子确定了纤芯边缘中过渡较弱的地方。因为这些边缘过渡并不是特别的明显，参考水平 的微小变化将会影响对边缘的定位，并最后影响纤芯直径的计算

注：右图Y值进行了10倍放大！