《传感器与检测技术第一章测试基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器与检测技术第一章测试基础知识（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一篇 工程测试技术基础,1.掌握测试的基本概念 2.了解测量误差及其不确定度概念 3.了解测量数据处理的基本方法,第1章 测试的基础知识,1.1 测试的基本概念,1、测量、计量与测试,测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。,计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量。,为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器具。,计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。 计量内容包括：单位的统一、基准和标准的建立、量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。,测试：意义更为广泛的测量具有试验性质的测量。从信息获取角度：,信息提取（测量） 信
2、号转换、信息识别（极为重要）,煤气包高度测量 桥梁固频测量 机翼模态分析 索道检测,间接测量对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过函数 ，计算出待测量y。,2、测试方法的分类,直接测量和间接测量,直接测量用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。,接触式测量和非接触式测量,非接触式测量避免了对被测对象的影响。,静态测量：对不随时间变化的（静止的）被测量进行的测量。,动态测量：对随时间变化的被测量进行的测量，需确定被测量的瞬时值 及其随时间变化的规律。,静态测量和动态测量,非电量电测技术,非电量电测：把被测的非电量，通过传感器变换成电信号再进行传
3、输、处理等。,工程中大多数被测量非电量，为满足测试的精度、速度、处理、传输的要求，常常将非电量转换为电量。,3、测试系统的组成,一般来说，测试系统是由传感器、中间变换装置（信号调理和信号分析与处理）和显示记录装置组成并具有获取某种信息之功能的整体。,信息转换,信息提取,传感器将被测物理量(如力,温度) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析（提取特征参数、频谱分析、相关分析等），显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,1.2 测量误差及其不确定度,测量的目的: 获得被测量的真值。 真值: 在一定的时间和空
4、间环境条件下，被测量本身所具有的真实数值。 误差公理：所有测量结果都带有误差 。 误差来源：仪器误差、理论方法误差、环境影响误差等。 测量的目标：减小测量误差，使测量结果尽可能接近真值。,一、测量误差的基本概念,测量误差的表示方法：,1.绝对误差,实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值（相对真值）。,具有符号和量纲,测量精度不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。例如：如何比较测量长度为10m和1m（绝对误差为1cm）的测量精度？,2.相对误差：绝对误差与真值之比百分数表示。,真值相对误差：,示值相对误差：,A为相对真值,x为测量值,分贝误
5、差相对误差的对数表示(单位：分贝dB),评定精度：相对误差越小，测量精度越高。,测量误差的分类：,测量误差一般根据其性质可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。,1.系统误差有规律可循,由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生。,再现性 偏差（Deviation）,理论分析/实验验证原因和规律减少/消除,2.随机误差,因许多不确定性因素而随机产生。,偶然性不明确、无规律,概率和统计方法处理无法消除/修正,3.粗大误差明显与实际值不符,系统各组成环节发生异常和故障等引起。,异常误差若混为系统误差和随机误差 测量结果失去意义,剔除异常值 防止粗大误差,二、测量不确定度定量描述测量结果的指标
6、,不确定度表明测量结果可能的分散程度。可用标准偏差表示，也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。,几个基本概念：,数学期望 真值A0，最佳估计值(测量结果的算术平均值),标准偏差 表征测量结果的分散程度， 大表明测量值比较分散，小表明测量值比较集中。,1 2 3 坏值 剔除,2)格罗布斯准则,测量值的残余误差的绝对值| | g(,n) 坏值 剔除,g(,n) 由重复测量次数n及置信概率P查表确定,例11：P15（粗大误差的判断和剔除）,测量数据的表示方法：,1、表格法简单、方便，数据易于参考比较 ，但对数据变化的趋势不如图示法明了和直观，列表法是图示法和经验公式法的基础。,2、图示法形象、
7、直观，从图形中可直观地看出函数的变化规律，如递增或递减、最大值和最小值及是否有周期性变化规律等 。作图时采用直角坐标或极坐标，连接成光滑曲线，并尽量使曲线于所有点接近，不强求通过各点，要使位于曲线两边的点数尽量相等；坐标比例尺的选取，应反映极值和曲线的变化趋势等。,3、经验公式法数学模型经验公式法就是通过对实验数据的计算，采用数理统计的方法，使用数学表达式表示各变量之间关系回归方程。,y=a+bx,有些一元非线性回归可采用变量代换，将其转化为线性回归方程来解。,建立经验公式的步骤：,1）在适当的坐标系中，把数据点(xi,yi i=1,2,n)描绘成测量曲线。,2）分析描绘的曲线，确定公式y=f
8、(x)的基本形式 直线，可用一元线性回归方法确定直线方程 ；曲线，先将该曲线方程变换为直线方程，再按一元线性回归方法处理；曲线类型未知，按曲线多项式回归方程处理,3）由测量数据确定拟合方程（公式）中的常量。,4)检验所确定的方程的准确性,用测量数据中的自变量代入拟合方程计算出函数值y 计算拟合残差,计算拟合曲线的标准偏差拟合精度,式中：m为拟合曲线未知数个数，n为测量数据列长度。,如果标准偏差很大，说明所确定的公式基本形式有错误，应建立另外形式公式重做。,一元线性回归,用一个直线方程y=a+bx来表达测量数据(xi,yi i=1,2,n)之间的相互关系，求出a和b，确立拟合方程即为一元线性回归
9、。,1.端点法,将测量数据中两个端点，起点和终点（即最大量程点）的测量值（x1,y1）和（xn,yn），代入y=a+bx ，则a,b分别为,2.平均法,将全部n个测量值 (xi,yi i=1,2,n)分成数目大致相同的两组，前半部k个测量点为一组，其余的n-k个测量点为另一组，两组测量点都有自己的“点系中心”，其坐标分别为,通过两个“点系中心” 的直线即是拟合直线y=a+bx，其中a，b分别为：,3.最小二乘法重要！,基本原理：残差平方和为最小的条件下，求出最佳直线,测量数据中的任何一个数据yi与拟合直线上y=a+bx对应的理想值yi之残差 (i=1,2,n 为测量点数）,求a和b的偏导数，并令其为零，即可解得a和b的值。,例：量程为10Mpa的压力传感器所测量点的输出值列于下表中。试用端点法、平均选点法和最小二乘法拟合线性方程，并计算各种拟合方程的拟合精度。,最小二乘法精确度最高，平均法次之，端点法较差,计算结果见下页表,计算结果：,y=0.036+5.004x,y=0.093+5.001x,y=0.070+5.005x,习题与思考题：,P191、2、5、6,本章小结：,1.测试的基本概念（测试系统的组成） 2.测量误差及其不确定度（评定及其结果表达） 3.测量数据处理（一元线性回归最小二乘法）,
