彈簧拉壓力測量電控系統誤差處理方法的研究

摘 要：系統誤差是指在同一條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定，或按某一確定規律變化的誤差。系統誤差不像隨機誤差那樣有一些普遍方法來處理。只能針對具體情況采取相應的措施。

關鍵詞：彈簧拉壓力 誤差處理 直線校正

中圖分類號：TH124 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0059-01

彈簧拉壓力參數是槍械靜態參數之中重要的一項，而槍械靜態參數是槍械定型試驗中必測的項目。在實際應用中，精確測量和綜合分析這些參數能對槍械進行客觀、全面的評價。特別是近年來大量高新技術、新材料在輕武器研制上的應用，大大促進了槍械的發展，從而在槍械靜態參數測試方面也提出了更高的要求。選擇一種較好的誤差處理的方法顯得尤為重要。

1 建立誤差模型修正系統誤差

先通過理論分析來建立系統誤差模型，由誤差模型求出誤差修正表達式，誤差修正表達式中一般含有若干誤差因子，修正時，先通過校準技術來求得這些誤差因子，然后利用誤差因子和修正公式來消除或減小系統誤差的影響。至于誤差模型的建立，必須根據具體情況進行具體分析，沒有統一的方法可尋。

2 利用校正曲線通過查表法修正系統誤差

在較為復雜的儀器中，對較多的誤差來源往往不能充分的了解，因此難以建立適當的誤差模型。這時可通過實驗，即通過實際校準求得校準曲線，然后將曲線上各校準點的數據存入存儲器的校準表格中，在以后的實際測量中，通過查表來求得修正后的測量結果。用查表法來處理誤差時，顯然列表的數據越詳細查表結果越準確，但這明顯不合實際。精度每增加一倍相應的數據量（即存儲空間）也會增加一倍。無限制地要求精度會使的存儲數據量按幾何倍率上升。在實際操作中，為了減少存儲空間用計算量的增加來實現。取得較少的校準點后，在表中查不到的數據由內插法（分段直線擬合）來計算。以此來提高精度，減少殘余誤差。

3 非線性的校正

許多傳感器、檢波器及其它敏感元件的輸出信號與被測參數間存在明顯的非線性關系。為使智能儀器直接顯示各種被測參數并提高測量精度，必須對非線性進行校正，使之線性化。本系統采用的力傳感器輸出也必須要進行線性化處理之所以要線性化，是因為線性化有很多的好處：為使傳感器的輸出能不失真地復現輸入量的變化，必須使其幅頻特性為常量，相頻特性為線性關系，這是使用傳感器完成量值變化的基本要求。（1）傳感器線性特性可以簡化理論分析和設計計算；（2）傳感器線性特性便于應用線性系統的疊加原理進行對各種干擾因素的補償；（3）傳感器線性特性便于數據處理和標定；（4）傳感器線性特性主要目的是提高測量精度水平。

非線性校正的方法可以分為代數插值法、分段插值法、最小二乘法等等。

4 誤差處理方法

在選擇哪種誤差處理方法前，先通過實驗測量和觀察得到在系統工作范圍的一組互異點。也就是得到一個傳感器壓力-電壓輸出的數據表。（表1）

現在對上述數據進行基于直線方程校正、分段直線校正和拋物線插值等方法的非線性處理。以比較哪種方法更有利于本系統使用。

4.1 直線方程校正

使用（3.00，0.60）和（7.90，1.58）兩點來求解直線方程：

可得直線校正方程：

可以驗證，兩端點的擬合誤差為0，而在的時候，，誤差達到最大值為0.06 V。顯然相對于輸出不大的電壓來說，這是一個不小的誤差數據。

4.2 分段直線校正

分段直線校正有等距節分段直線校正和非等距節分段直線校正兩種。在此就以等距節分段直線校正來討論。

為了方便于計算，以最簡單的二分來討論。從表1中提取（3.00，0.60）、（5.50，1.14）、（7.90，1.58）三個點來近似替代整個表格，可得方程：

可以驗證，用兩個插值方程對數據表的數據進行非線性校正，每一點的誤差減小了。第一段的最大誤差值在點處，誤差值為0.038 V。第二段的最大誤差值在點處，誤差值為0.0415 V。分段校正明顯比直線方程校正的誤差要小很多。

4.3 拋物線插值

拋物線插值是在數據中選取三個點、、，相對的插值方程為：

節點選擇（3.00，0.60）、（5.50，1.14）、（7.90，1.58）三點。

得：

可以驗證，用這一方程進行非線性校正，在點3.30KG處有最大誤差值為0.049 V。

對比上述三種方法，結合計算機的優勢可以看出在本系統中分段直線校正占有優勢。