动态测试系统精度损失非均匀性分析方法的研究

　　0　引言

　　一个实际的动态测试系统,在其整个寿命过程中,由于外界条件的影响以及内部结构的不断变化,从较长的一段时间来看,测量系统的特性如偏移、重复性、稳定性等,都有可能随着时间发生动态变化[1],具体表现为,测量结果的估计值较测量系统寿命初期发生漂移,且朝着远离被测量真值的方向变化,使得测量结果的估计值与被测量的真值之间的差异逐渐增大。因此,测量系统的精度随时间不断损失,当该损失达到一定程度时,测量系统不再满足测量精度的要求,测量系统的寿命随之终结。此时,系统内部各个组成单元由于其材料、性质、结构、性能等不同,造成各个单元之间的动态精度损失的程度也不同,可能有些单元已经完全损坏报废,而有些单元损失程度却很小,仍可以继续使用,这就形成了动态测试系统的非均匀损失问题[2]。

　　非均匀损失一方面造成较大的结构资源浪费,另一方面还产生了大量不必要的维修成本支出,因此,需要对非均匀精度损失的动态测试系统进行精度的均匀损失设计,以使系统内部各单元精度损失大致同时达到各自的寿命临界值,实现均匀损失的思想。目前,在实践上,只见到国外某些大型跨国公司已经注意到均匀设计的重要性,如日本的一些公司在产品设计时采用实验的方法寻求系统内部各元件的等效设计,但在理论上,目前国内外尚未有人进行本课题内容的相关研究,因此,对产品进行精度均匀损失分析与设计具有显著的科学价值和实际经济意义[3,4]。

　　1　全系统结构的精度损失内涵及规律

　　由精度损失的内涵以及对系统的实验研究可知,动态系统的测量精度随着应用时间的增加将逐渐降低,从而产生精度损失,因此可定义精度损失函数为

　　Δe(t) = e(t)-e0                                                    (1)

　　式中,e(t)为动态系统的测量误差;e0为动态系统的初始误差,即t =0时的动态系统测量误差。

　　由式(1)可看出,在t=0时刻,动态系统的精度损失为零,即认为动态系统在使用初始时刻没有精度损失,其精度随时间的变化才产生相应的变化。

　　对系统总精度损失进行分解和溯源,得到动态系统内部的各个单项母体误差源的精度损失Δe1(t),Δe2(t),…,Δem(t),它们与系统总精度损失的关系即全系统结构的传递链函数关系为[5]

　　Δe(t) =Δe1(t)F1+Δe2(t)F2+…+Δen(t)Fn                                        (2)