虚拟仪器的测量不确定度评定方法研究

　　虚拟仪器测量不确定度评估这一关键基础理论问题的研究目前遇到三个瓶颈：（1）软件（算法）是虚拟仪器的核心，但目前没有公认而有效的方法评估其测量不确定度；（2）对于静态测量，在虚拟仪器各个环节测量不确定度已知的情况下尚没用有效的方法评估仪器的测量不确定度；（3）对于动态测量，由于虚拟仪器各个环节的不确定度呈现时变性，使得仪器的测量不确定度呈现时变性和高度非线性而难以确定。本书基于黑箱理论及流形理论建立了软件（算法）不确定度评估模型；然后应用微分流形理论并基于指数族分布规律建立统一分布规律模型，以解决仪器单一硬件环节的测量不确定度评估问题；之后应用微分流形及*大熵原理建立虚拟仪器静态测量不确定度评估模型；*后，应用微分流形及信息融合理论建立虚拟仪器动态测量不确定度评估模型。上述这些方法也为传统仪器的测量不确定度评估提供指导。

　　荆学东，男，工学博士，上海应用技术大学机械工程学院教授、科技处副处长，上海应用技术大学和陕西科技大学研究生导师。主要从事智能检测技术及机器人技术研究，国家科技部国际合作项目评审专家。2010年赴日本研修节能技术；1997年10月—1998年9月赴日本国立高知大学研究TIG焊接及机器人控制技术。所主持纵向科研项目主要包括基于微分流形理论的虚拟仪器测量不确定度评估方法研究（国家自然科学基金面上项目）、脊柱微创手术并联机器人的关键技术研究（上海市科委重点项目）、再制造零件表面质量参数检测仪器研究（总装备部武器装备预研基金项目）等。主持横向科研项目10多项。发表学术论文20多篇。获2019年中国仪器仪表学会科学技术奖（科技二等）。20多年来一直从事本科生、研究生的机器人技术和机械工程测试技术教学，曾担任《工业机器人技术》主编（2018年，上海科学技术出版社出版）。

第1章 测量不确定度及其评定方法

1.1 测量不确定度的定义
1.2 测量不确定度的发展历程
1.3 测量不确定度与误差
1.3.1 误差的概念
1.3.2 测量不确定度与误差的关系
1.4 GUM的使用条件
1.5 测量不确定度的来源
1.6 测量不确定度的评定方法
1.6.1 标准不确定度
1.6.2 单一被测量的测量不确定度A类评定方法
1.6.3 单一被测量的测量不确定度B类评定方法
1.6.4 不确定度A类评定方法与B类评定方法的关系
1.6.5 扩展不确定度评定
1.6.6 含有多元被测分量的测量不确定度合成
1.6.7 测量不确定度报告
参考文献
第2章 虚拟仪器及其不确定度评定方法研究现状

2.1 虚拟仪器的概念
2.2 虚拟仪器的结构组成
2.3 虚拟仪器测量分类
2.3.1 按照被测量获得的方法分类
2.3.2 按照被测量是否变化分类
2.4 虚拟仪器主要测量环节的性能参数
2.4.1 传感器的主要性能参数
2.4.2 信号调理器的主要性能参数
2.4.3 ADC的主要性能参数
2.4.4 算法的主要性能参数
2.5 虚拟仪器测量不确定度的研究现状
2.5.1 虚拟仪器测量不确定度评定问题的特点
2.5.2 虚拟仪器测量不确定度研究面临的关键问题
2.6 虚拟仪器测量不确定度的研究内容
2.7 虚拟仪器测量不确定度的研究方法
2.8 虚拟仪器测量不确定度的应用前景
参考文献
第3章 虚拟仪器的静态测量不确定度评定方法

3.1 虚拟仪器的测量不确定度来源
3.1.1 传感器的测量不确定度来源
3.1.2 信号调理器的测量不确定度来源
3.1.3 ADC的测量不确定度来源
3.1.4 测量软件算法的测量不确定度来源
3.2 基于GramChariler级数展开的传感器、信号调理器和ADC的静态测量不确定度评定方法
3.2.1 概率分布密度函数的GramChariler级数展开
3.2.2 置信系数kα和偏峰系数γ的关系
3.2.3 传感器、信号调理器和ADC的合成不确定度评定方法
3.2.4 实例： 霍尔电流传感器的测量不确定度评定
3.3 基于卷积的传感器、信号调理器和ADC的静态测量不确定度评定方法
3.3.1 卷积算法数学模型
3.3.2 离散卷积算法
3.3.3 基于离散卷积算法的测量不确定度评定程序
3.3.4 实例： 一种称重传感器的测量不确定度评定
3.4 软件算法的测量不确定度评定方法
3.4.1 算法不确定度的基本分析方法
3.4.2 典型算法： 傅里叶变换的不确定度评定方法
3.5 虚拟仪器的静态直接测量不确定度评定方法
3.5.1 正问题： 已有仪器的直接测量不确定度评定问题
3.5.2 反问题： 虚拟仪器的直接测量不确定度分配方法问题
3.5.3 实例： 基于涡流效应的电刷镀镀层厚度检测虚拟仪器的测量不确定度评定
3.6 虚拟仪器的静态间接测量不确定度评定方法
3.6.1 正问题： 已有仪器的间接测量不确定度评定问题
3.6.2 反问题： 虚拟仪器的间接测量不确定度分配方法问题
3.6.3 实例： 电刷镀发热功率的测量不确定度评定
参考文献
第4章 虚拟仪器的动态测量不确定度评定方法

4.1 传感器的动态测量不确定度评定方法
4.1.1 传感器的动态特性分析
4.1.2 基于频率特性的传感器动态不确定度评定
4.1.3 实例： CA-YD-106加速度传感器的测量不确定度评定
4.2 信号调理器的动态测量不确定度评定方法
4.3 ADC的动态测量不确定度评定方法
4.3.1 ADC的主要动态性能参数
4.3.2 基于Z变换的ADC动态测量不确定度评定方法
4.3.3 基于神经网络的ADC动态测量不确定度评定方法
4.4 算法的动态测量不确定度评定方法
4.5 虚拟仪器的动态直接测量不确定度评定方法
4.5.1 虚拟仪器幅值测量不确定度评定方法
4.5.2 仪器相位测量不确定度评定方法
4.5.3 被测信号有效值的测量不确定度评定
4.5.4 动态测量不确定度评定方法需要解决的两类问题
4.5.5 实例： 一种加速度测量虚拟仪器的动态测量不确定度评定
4.6 虚拟仪器的动态间接测量不确定度评定方法
4.6.1 正问题： 已有仪器的间接测量动态测量不确定度评定问题
4.6.2 反问题： 多个虚拟仪器动态同步测量的不确定度分配问题
参考文献
附录
附录1 基2-FFT算法的不确定度评定程序
附录2 基于神经网络的ADC动态测量不确定度评定仿真程序
后记