虚拟仪器算法的测量不确定度评估方法研究

发布时间：2017-08-29 23:22

  本文关键词：虚拟仪器算法的测量不确定度评估方法研究

  更多相关文章： 测量不确定度评估 快速傅里叶算法 舍入 频谱泄露 截断 虚拟仪器

【摘要】：虚拟仪器由于使用的灵活性在工业上被越来越广泛的应用,它的准确性直接关系着整个系统的性能。目前传感器不确定度、ADC不确定度已有较为成熟的评价体系,算法的不确定度没有量化的数据给出有力的评估依据。虚拟仪器算法使用较为广泛的是快速傅里叶算法,为尝试得出快速傅里叶算法的不确定度评估方法,本文主要完成了如下工作：(1)对测量不确定度的基本原理进行了研究,总结了不同测量不确定度方法的特点和适用条件,在此基础上得出了适用于舍入不确定度评估及截断不确定度评估的评估方法；(2)对快速傅里叶算法进行了研究分析,并且将其表达式分解为稀疏矩阵的形式,归纳了每一级的的加法和乘法次数。基于计算机对于数据的处理往往采用数值修约规则,在得出数值修约规则不确定度评估后,结合快速傅里叶算法每一级的形式,在此基础上总结了不确定度在每一级的传递,建立了通用的舍入不确定度传递模型；(3)在对时域信号进行采样时,由于采样周期的选取不当会带来频谱泄露不确定度。如果采样是同步的,即采样周期个数为一个整数,那么泄露频谱在整数次谐波点上的幅值为零,不会造成分析误差；当采样是非同步时,即采样周期个数为小数时需要评估泄露频谱造成的不确定度。将输入信号假设为正弦信号,按照采样周期为整数及非整数的情况,建立了频谱泄露不确定度评估方法;(4)分析了周期信号进行加窗截断时产生栅栏效应的原因,确定频率幅值误差,估算得到最大误差、误差分布。以三角窗函数为例,计算得出三角函数栅栏效应最大误差,根据GUM规定,得出最大误差区间,以此得出加窗及栅栏效应的不确定度；(5)为验证上述模型的有效性,以无限长周期信号的处理过程为例,分析其采样、截断、快速傅里叶变换的过程,计算舍入不确定度、频谱泄露不确定度、截断不确定度,并对三者进行合成,得出虚拟仪器算法不确定度是否可以忽略的依据。
【关键词】：测量不确定度评估 快速傅里叶算法 舍入 频谱泄露 截断 虚拟仪器
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH701
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究的目的和意义10-11
• 1.3 国内外相关研究现状11-13
• 1.3.1 快速傅里叶算法研究现状11-12
• 1.3.2 不确定度研究现状12
• 1.3.3 快速傅里叶算法不确定度评估研究现状12-13
• 1.4 课题的研究难点13-14
• 1.5 本课题研究的主要内容14-16
• 第2章 测量不确定度理论简介16-24
• 2.1 测量不确定度的提出与发展16-18
• 2.2 测量不确定度的基本概念18-20
• 2.2.1 基本概念18
• 2.2.2 测量不确定度的主要来源18-20
• 2.3 测量不确定度方法20-23
• 2.3.1 A类不确定度评估方法20-21
• 2.3.2 B类不确定度评定方法21
• 2.3.3 不确定度合成21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 快速傅里叶算法的舍入不确定度评估24-37
• 3.1 数值修约规则在舍入不确定度评估中的应用24-25
• 3.1.1 数值修约规则简介24
• 3.1.2 数值修约规则在舍入不确定度评估中的应用24-25
• 3.2 FFT算法简介25-26
• 3.3 典型FFT算法舍入不确定度评估原理26-29
• 3.4 FFT算法舍入不确定度评估29-33
• 3.4.1 基2-FFT算法舍入不确定度评估29-30
• 3.4.2 基4-FFT算法舍入不确定度评估30-32
• 3.4.3 基3-FFT算法舍入不确定度评估32-33
• 3.5 实例33-36
• 3.6 结论36-37
• 第4章 快速傅里叶算法的截断不确定度评估37-44
• 4.1 频谱泄露不确定度评估37-40
• 4.2 窗函数及其作用40
• 4.3 加窗和栅栏效应不确定度评估40-42
• 4.4 截断不确定度的合成42
• 4.5 结论42-44
• 第5章 无限长周期信号快速傅里叶变换测量不确定度评定44-58
• 5.1 传统仪器对时域信号频率的获取44-47
• 5.2 傅里叶算法关系47-51
• 5.2.1 时域非周期连续信号的傅里叶变换47
• 5.2.2 时域周期连续信号的傅里叶级数及傅里叶变换表示47-48
• 5.2.3 非周期序列的傅里叶变换48-49
• 5.2.4 周期序列的离散傅里叶级数49-50
• 5.2.5 离散傅里叶变换(DFT)50-51
• 5.3 计算机对无限长周期信号分析前的处理51-54
• 5.3.1 无限长连续周期信号的周期确定51-53
• 5.3.2 采样周期与连续信号周期之间的关系53
• 5.3.3 无限长周期信号的截断53-54
• 5.3.4 截断后信号的傅里叶变换54
• 5.4 无限长周期信号进行FFT变换时不确定度评定54-57
• 5.4.1 舍入不确定度评估54-55
• 5.4.2 截断不确定度评估55
• 5.4.3 合成不确定度55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 结论与展望58-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-68
• 攻读学期间所开展的科研项目和发表的学术论文68

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本文编号：756002