动态测试的误差分析方法研究

2004年第18卷第2期测试技术学报V ol.18　N o.2　2004 (总第48期)JOURNAL OF TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY(Sum N o.48)

文章编号:1671-7449(2004)02-0139-05

动态测试的误差分析方法研究

张志杰

(华北工学院仪器科学与动态测试技术教育部重点实验室,山西太原030051)摘　要:　通过总结动态测试中被测变量的变化规律及特点、测试系统的动态特性、环境影响以及干扰等因

素,对动态测试的误差进行了分类,对各类误差的分析方法进行了阐述与研究.

关键词:　动态测试;动态误差;误差修正

中图分类号:　T P275 文献标识码:A

Research on Error Analysis in Dynamic Measurement

ZHANG Zhi-jie

(T he M inistr y Education K ey L ab for Instrumentat ion Science and Dy na mic M easurement,

N or th China Institute o f T echnolog y,T aiy uan030051,China)

Abstract:　T he paper classifies dy nam ic measurement err ors,intro duces and studies so me analy sis metho ds about these erro rs acco rding to summarizing v ar iational rules and characteristics o f m easured variable in dynamic measurement,dy nam ic char acteristic o f measurem ent system,environmental factors and noise of measurement system and so on.

Key words:dynam ic m easur em ent;dynamic er ror;error-correction

0　引　言

按照国际计量局(BIPM)、国际电工委员会(IEC)、国际标准化组织(ISO)和国际法制计量组织(OIM L)联合制定的《国际通用计量学基本名词》中的定义[1],动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定,也就是被测量为变量的连续测量过程.自1976年动态测试问题被列入第七界国际计量技术联合会大会的议程以来,动态测试受到各国的重视,取得了很大的进展,已经成为计量学的一个独立分支.它以动态信号为特征,研究了测试系统的动态特性问题,研究了测试系统的动态校准理论与技术问题,从而使计量单位量值能够向动态测试系统传递.为了获得准确的测试结果,动态测试理论要求测试系统的工作带宽完全覆盖被测信号的最高频率分量.由于引起动态测试误差的因素比静态测试的更多、更复杂,要考虑被测变量的变化规律及特点、测试系统的动态特性、以及干扰的影响,此外,还取决于其自身的特点.本文的目的就是对动态测试误差的分类、分析方法进行总结研究[2].

收稿日期:2003-11-17

　作者简介:张志杰(1965-),男,教授,博士,主要从事动态测试技术与理论、信号处理、测控系统自动化等方面的研究.

1　动态测试的误差及其分类

动态测试误差是动态测试结果减去被测变量的真值,是随着测试时间变化的函数.其性能指标可用峰值误差和均方误差来表示[3],至今还没有统一的评价方法.

动态测试误差的分析是研究动态测试数据置信度的问题,在单次性过程测试中,发现误差源并分析各个误差源产生的误差分量是评价测试数据置信度的前提.按照误差函数的定义,测量误差是一种差值

e (t )=x

(t )-x (t ),(1)

式中:x

(t )为测量结果(被测过程的估计值);x (t )为被测过程真值.误差e (t )是预计的或随机的时间函数.形成动态测试的误差结构图如图1所示[4]

.图1　动态测试误差结构图

Fig .1　Structu re diagram of errors in dynamic meas urem ent

被测对象Object 的特性表示为包含有真实过程x (t ).在实时实况的动态测试中,对被测的量作为单次性过程x (t )的比例变换或线性变换的结果加以测定

x (t )= {A h [x (t )]},(2)

式中:A h 表示理想的变换算子(测试系统的真特性); 表示理想的逆运算(由观测数据到被测过程的精确计算).由于测试装置与被测对象(尤其是运动物体)的相互作用,测试装置不仅感受到被测量,同时也感受到被测对象的其它特性,如被测体的结构特性、随机波动等等,所以测试装置的输入信号x ~(t )与x (t )是不一样的.输入信号x ~(t )变换为输出信号是借助测试装置来实现的.由于测试装置(主要是传感器)的作用原理和结构不完善,表示该测试装置特性的实际变换算子A h 是测试装置真特性A

h 的一个佳效估计子.此外,在变换过程中,被测体和测试装置所感受的环境条件,如高、低温环境和高冲击环境,对测试装置也产生一种激励作用,它要么改变测试系统的传输特性,要么给测试系统增加一个附加的输出,B h 表示对环境激励的变换特性.信号 (t )是输出观测的随机噪声.运算器 是根据观测数据y (t ),测试装置的特性A

h 或校准的灵敏度等对被测过程估计的一整套算法.估计过程

x (t )= [y (t )]= {A h [x ~(t )]+B

h [v 1,v 2,…,v n ]+n y (t )}.(3)

取作测量结果.

误差函数为e (t )=x (t )-x (t )= {A h [x (t )]+B h [v 1,v 2,…,v n ]+n y (t )}- {A h [x (t )]}.(4)140测试技术学报2004年第2期