1、測量系統(tǒng)不確定度分析及其動態(tài)性研究1引言測量不確定度是測量系統(tǒng)最基本也是最重要的特性指標(biāo)，是 測量質(zhì)量的重要標(biāo)志。當(dāng)測量系統(tǒng)的特性隨時間發(fā)生變化時 ，測量系 統(tǒng)不確定度將伴隨著工作時間的延續(xù)而發(fā)生變化與漂移。將不確定度原理引入測量系統(tǒng)分析，并基于測量系統(tǒng)不確定 度的動態(tài)特性，研究測量系統(tǒng)全壽命過程中的動態(tài)變化規(guī)律，為科學(xué)地 評價測量系統(tǒng)，確定測量系統(tǒng)的檢定周期，合理進(jìn)行測量系統(tǒng)的預(yù)防性 維護(hù)和糾正性維護(hù)，提高測量系統(tǒng)的有效性等提供重要份依據(jù)，具有很 高的學(xué)術(shù)價值和實際意義。2測量系統(tǒng)不確定度的分析測量系統(tǒng)的概念不只局限于測量儀器、測量設(shè)備的范疇 ，而 是指用來對被測量賦值的操作程序、評價人、量

2、具、設(shè)備、環(huán)境及軟 件等要素的綜合，是獲得測量結(jié)果的整個過程。一個完整的測量過程 , 引起測量不確定度的因素有很多，包括被測量的定義不完整、被測量 的定義值實現(xiàn)不理想，被測量的樣本不能完全代表定義的被測量、對 環(huán)境條件的影響認(rèn)識不足或環(huán)境條件的不完善測量、 人員對模擬式儀 器的讀數(shù)偏差、測量儀器的分辨率或鑒別域的限制、 測量標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 物質(zhì)的給定值或標(biāo)定值不準(zhǔn)確、測量方法、測量系統(tǒng)和測量程序不完 善、數(shù)據(jù)處理時所引起的常數(shù)和其它參數(shù)不準(zhǔn)確、修正系統(tǒng)誤差的不 完善以及各種隨機(jī)因素的影響等等。在不同的測量系統(tǒng)，因系統(tǒng)的組 成要素不間，上述因素的影響程度會有所差異，但對測量系統(tǒng)的綜合影 響卻具有共性

3、。因此，美國三大汽車公司聯(lián)合推出的測量系統(tǒng)分析，提 出了測量系統(tǒng)評定的六個指標(biāo)，即系統(tǒng)的分辨力、偏倚、穩(wěn)定性、重 復(fù)性、再現(xiàn)性和線性指標(biāo)。這六個指標(biāo)反映了測量系統(tǒng)不確定性的基 本特征，實際上也就是引起測量系統(tǒng)不確定度的主要來源。按照國際 不確定度的基本原則和不確定度的兩類評定原理，選擇適合各指標(biāo)特 征的不確定評定方法，分別將測量系統(tǒng)分析的六個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為測量系 統(tǒng)的不確定度分量，再按不確定度合成的方法獲得測量系統(tǒng)的不確定 度。3不確定度動態(tài)性分析以測量系統(tǒng)的六個評定指標(biāo)為依據(jù)，采用兩類不確定度評定 方法通常得到的是測量系統(tǒng)的靜態(tài)不確定度。 實際測量系統(tǒng)在全壽命 過程中，受外界條件影響和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的

4、不斷變化，從較長時間段來看， 測量系統(tǒng)的特性，如偏移、重復(fù)性、穩(wěn)定性，等，會隨時間發(fā)生規(guī)律性變 化，具體表現(xiàn)為測量結(jié)果的估計值較測量系統(tǒng)壽命初期發(fā)生明顯漂移 , 且朝著背離被測量真值的方向，使得測量結(jié)果估計值與被測量真值的 差異逐漸增大；另一方面，一系列隨機(jī)因素和未知系統(tǒng)因素對測量不確 定性影響增強(qiáng)。使測量標(biāo)準(zhǔn)差隨時間發(fā)生變化，即(T =0 (導(dǎo)致由測量 標(biāo)準(zhǔn)差所決定的測量不確定度隨時間延續(xù)而不斷增大。因此，測量系 統(tǒng)的精度隨時間不斷損失，當(dāng)損失到一定程度時，測量系統(tǒng)不再滿足測 量精度的要求，測量系統(tǒng)壽命終結(jié)。圖I反映了被測量的估計值漂移及 測量不確定度隨時間的變化趨勢。4精度損失函數(shù)建模測量

5、不確定度的動態(tài)性導(dǎo)致測量系統(tǒng)精度的損失。 如圖1可 知，導(dǎo)致精度損失的主要因素是 X(t)的偏移與0 (t值的增大，用S (t) 表示精度損失函數(shù)，貝S：由式可知,精度損失函數(shù)S (的建模關(guān)鍵是對 x(t和 A0 (t) 的建模。引起 X(t和 0變化的因素較多，有些可知的，有些則是未 知的,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。將一段時期不同時間測定的測量結(jié)果看作為一組動態(tài)數(shù)據(jù) 序列，該序列不僅具有時變性、相關(guān)性，還有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不能用 確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，為此，擬米用幾種不同的現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法，如米 用灰色理論、時序分析及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)手段對一組動態(tài)數(shù)據(jù)序 列進(jìn)行建模，將求得的 X(t、0 的數(shù)

6、學(xué)模型代入式(1)即可獲得測量 系統(tǒng)的動態(tài)精度損失函數(shù)，并用它來定量描述測量系統(tǒng)不確定度的動 態(tài)特性，準(zhǔn)確預(yù)測測量系統(tǒng)未來的精度變化，為確定測量系統(tǒng)的檢定周 期、合理進(jìn)行測量系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)和糾正性維護(hù)，提高測量系統(tǒng)的 有效性等提供可靠的理論依據(jù)。 沁園春雪北國風(fēng)光， 千里冰封，萬里雪飄。望長城內(nèi)外，惟余莽莽；大河上 下，頓失滔滔。山舞銀蛇，原馳蠟象，欲與天公試比高。須晴日，看紅裝素裹，分外妖嬈。江山如此多嬌，引無數(shù)英雄競折腰。惜秦皇漢武，略輸文采；唐宗宋 祖，稍遜風(fēng)騷。一代天驕，成吉思汗，只識彎弓射 大雕。俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物，還看今朝。匚口克出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下

7、三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其 刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚 以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)櫍孕惺缇瑫詴耻娛拢囉糜谖羧眨鹊鄯Q之曰能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣

8、，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也； 親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。 先帝在時, 每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、 靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣， 愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也 .FT臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于 敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之 明；故五月渡瀘，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，當(dāng)獎率三軍，北定中原，庶竭駑鈍， 攘除奸兇，興復(fù)漢室，還于舊都。此臣所以報先帝而忠陛下之職分也。