测量系统分析与动态不确定度及其应用研究

谢少锋  

【摘要】： 测量技术在科学研究与生产中具有极为重要的作用。测量同材料和工艺构成现代科技发展的三大支柱。“没有测量就没有科学”是人们经过长期实践做出的科学总结。当今世界已进入信息时代，著名科学家钱学森指出“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术，测量技术是关键和基础”。现代科学技术的发展对测量技术不断提出新的要求，促使测量技术不断向高的水平发展。而新的测量技术的发展，使得测量系统发生了全方位的深刻变化，对测量系统的分析方法及其理论基础的研究越来越迫切。本文从现行的测量系统量值分析、可靠性分析及不确定度分析的的理论出发，对测量系统的分析方法进行了系统的、全面的探索和研究，并对动态不确定度的理论及其评价方法进行了探索，完成和取得了如下主要工作及创新性成果： 通过对测量系统现行的量值分析方法及可靠性分析方法的分析，发现测量系统现行的量值分析方法在适用范围及对系统误差的分析上存在局限，而现行的可靠性分析方法也难于操作和实施，使得测量系统的可靠性评价实际上流于形式。而且，测量系统现行的可靠性分析方法，没有充分考虑测量系统进行量值传递的特点，造成测量系统可靠性分析与量值分析完全脱离的现状。基于此，本文提出将测量不确定度引入测量系统的分析，使得测量系统的量值分析与可靠性分析密切联系起来，为测量系统的分析提供了一条新的思路和更为科学的方法。基于测量系统动态性的特点，及对测量系统量值特性与可靠性关系的分析，进一步提出将动态不确定度引入测量系统的分析中来，为测量系统的动态分析提供了科学的方法和途径。 通过对测量系统的失效原理分析，提出测量系统的均匀设计的方法，按照测量系统各个功能模块之间及组成各个功能模块的组件之间从初始正常工作到超差所经历的时间相等的原则进行测量系统的均匀设计，为评价和选择最优测量系统提供了理论的支持与指导。 基于测量系统动态性的特点，将不确定度分析从静态分析扩展到动态分析，使不确定度分析变得更为客观、准确、科学，并更加符合实际情况。通过对测量系统数学模型的研究，分析了测量不确定度分量的来源，进一步结合测量系统量值特性的变化规律，对测量不确定度的动态机理进行了研究，指出测量系统偏差的变化引起的不确定度分量是测量系统的结果的不确定度动态变化的主要原因，从而得到动态不确定度的原理模型。 对动态不确定度原理模型的分析，运用现代先进的数学理论，通过对目前常用的动态分析数学模型：回归模型、时序模型、神经网络模型、灰色模型的优缺点的分析，提出采用灰色GM(1，1)模型建立动态不确定度的预测模型，实验表明，所得动态不确定度预测模型具有良好的精度。这为动态不确定度分析与评价在准确度与复杂性之间找到了平衡点，为动态不确定度的评价提供了一种工程实用、易于实施，而又不失准确的方法。 为了验证采用GM(1，1)模型进行动态不确定度建模的可行性及开展动态不确定度在测量系统分析中的应用的研究，自发研制了SB2011、SB2012、SB2013系列LCR阻抗标准，并以此为基础建立了一套LCR阻抗测量校准系统。该套精密LCR标准器的研制解决了在LCR标准器领域存在的技术难题，部分技术指标高于国外同类标准器的最高水平(环形电感器的温度系数及交流电阻箱的频率特性等)，完全可以替代进口产品，并参与国际竞争。它们的研制成功为 11 合肥工业大学博士学位论文 LCR测量仪的检测／校准，以及保证其质量和随时监控其运行状态，创造了物质条件。这将对 我国电子元件、电子电器产品质量的提高起到促进作用，而且必将提高其竞争能力。 以LCR测量系统为例，将动态不确定度应用到测量系统的状态的动态评价、测量系统的校 准或检定周期的评定，以及测量系统的预防性维护计划及纠正性维护计划的制订中。结果表 明，动态不确定度使得对测量系统进行实时的和预见性的评价成为了可能，为测量系统的动态 分析提供了统一的指标和途径，使得对测量系统的预防性维护与纠正性维护变得易于操作，可 以最大限度地提高测量系统的使用寿命，也为测量系统的校准或检定周期的评定提供了更为科 学，更为直观，也更为易于操作的理论与方法，使校准或检定周期的确定与测量系统的动态状 况结合起来，使得校准或检定周期的评价更为科学、更为准确。

【关键词】：测量系统分析 量值特性 可靠性 动态不确定度 灰色模型 比值
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TB22
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2004.010154
【目录】：

全文下载： CAJ格式
不支持迅雷等加速下载工具，请取消加速工具后下载

CAJViewer7.0阅读器支持所有CNKI文件格式，AdobeReader仅支持PDF格式