傳感器隨機(jī)誤差是許多微小的、獨(dú)立的、不可分割的系統(tǒng)誤差的統(tǒng)計(jì)綜合。或者說,它是多種因素造成的許多微小誤差的總和。
顯然,它的產(chǎn)生是由于各種互不相關(guān)的獨(dú)立因素圍繞其平均值產(chǎn)生隨機(jī)起伏。例如,電磁場的變化、環(huán)境溫度的起伏、空氣擾動、大地微震、儀器結(jié)構(gòu)參數(shù)的波動、測試人員感覺器官的生理變化等,都對測量結(jié)果造成綜合影響。正由于上述原因,盡管在測量過程中實(shí)驗(yàn)條件沒變,并以同樣的細(xì)心對被測量進(jìn)行了多次重復(fù)觀測,只要儀器的靈敏度足夠高,就會發(fā)現(xiàn)每次所測得的數(shù)據(jù),其最后一位或幾位的數(shù)值不完全一樣,這就是由隨機(jī)誤差造成的。
傳感器隨機(jī)誤差是許多微小的、獨(dú)立的、不可分割的系統(tǒng)誤差的統(tǒng)計(jì)綜合。
從數(shù)學(xué)角度出發(fā),自然界的規(guī)律一般可分為函數(shù)性質(zhì)的規(guī)律(動力學(xué)規(guī)律)和統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的規(guī)律(統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律)。例如,牛頓第二定律F=ma,歐姆定律U=IR和系統(tǒng)誤差所服從的規(guī)律,均屬動力學(xué)規(guī)律。然而,氣體對密閉容器壁的壓力所遵循的規(guī)律卻與上述規(guī)律不同。無數(shù)氣體的分子在密閉容器內(nèi)各按自已的方向和速度雜亂無章地運(yùn)動著,它們彼此碰撞,并碰擊器壁,于是形成壓力。初看起來,這種運(yùn)動毫無規(guī)律。但從總體來看,在單位時(shí)間內(nèi),碰擊器壁單位面積上的分子平均次數(shù)卻是一樣的。因此,在器壁上各處都承受著相同的壓力。如果增加容器內(nèi)氣體的數(shù)量,則在單位時(shí)間內(nèi),器壁在單位面積上所受到的撞擊次數(shù)就會增多,于是壓力也增大。玻意爾-馬略特定律就是用來說明這種客觀規(guī)律的。但這種規(guī)律是大量氣體分子所固有的,對單個(gè)氣體分子沒有這種規(guī)律性。與此相似,一次測量的單個(gè)隨機(jī)誤差沒有任何預(yù)知的確定規(guī)律,但是通過大量的測量實(shí)踐發(fā)現(xiàn),在多次重復(fù)測量的總體上,隨機(jī)誤差卻服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)規(guī)律中,最基本最重要的一種就是高斯正態(tài)分布。服從正態(tài)分布的隨機(jī)誤差具有抵償性,即隨著測量次數(shù)n的增多,絕對值相等、符號相反的隨機(jī)誤差,其出現(xiàn)的次數(shù)趨于相等,從而導(dǎo)致各次測量誤差δ1,δ2,...,δn的總和具有正負(fù)抵償?shù)男再|(zhì),特別是當(dāng)測量次數(shù)趨于無窮時(shí),其總體平均值(又稱數(shù)學(xué)期望)趨近于零,即
習(xí)慣上將這種具有抵償性的隨機(jī)誤差稱作偶然誤差。
應(yīng)當(dāng)指出,在一定條件下,系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差可以相互轉(zhuǎn)化。對某一具體誤差來說,在 某種條件下是系統(tǒng)誤差,而在另一條件下可能是隨機(jī)誤差。例如,指示儀表標(biāo)尺的分度誤差, 對制造廠來說,在進(jìn)行盤點(diǎn)時(shí)可能畫得偏大些或偏小些,具有隨機(jī)性質(zhì),故為隨機(jī)誤差;而對檢定部門來講,如用該表作為標(biāo)準(zhǔn)表來檢定其他儀表時(shí),該表的刻度誤差使傳遞給被檢表的數(shù)值始終大些或小些,這就轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)誤差了。再如,電源電壓變化引起的誤差,如考慮慢變化的平均效應(yīng),可視為系統(tǒng)誤差;當(dāng)考慮其瞬時(shí)波動時(shí),就應(yīng)視為隨機(jī)誤差了。因此,在區(qū)分誤差的性質(zhì)時(shí),必須注意所指的條件。又如,度盤的某刻度具有一個(gè)恒定系統(tǒng)誤差,但各刻度的誤差大小和符號卻不相同。這樣,在度盤位置固定的情況下測量定角,則誤差恒定;但是如果在均勻改變度盤位置的情況下來測量該角,則誤差將時(shí)大時(shí)小,時(shí)正時(shí)負(fù),而已隨機(jī)化了。因此,當(dāng)掌握了誤差的轉(zhuǎn)化條件后,就可將系統(tǒng)誤差轉(zhuǎn)化為隨機(jī)誤差,并用統(tǒng)計(jì)學(xué)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理,以減小其影響;反之,也可將隨機(jī)誤差轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)誤差,采用修正的辦法進(jìn)行消除。
總之,在系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差之間并不存在絕對的界限。當(dāng)某些誤差尚未確切掌握其變化規(guī)律時(shí),可按隨機(jī)誤差處理。但隨著對誤差性質(zhì)認(rèn)識的深化和測量技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)這些誤差的變化規(guī)律一旦被掌握之后,就應(yīng)把它們從隨機(jī)誤差中分離出來,而按系統(tǒng)誤差處理。
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