測量原理

內(nèi)容概要

　　《普通高等學(xué)校儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)系列教材：測量原理》的主題是測量原理，主要用于測量的科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與教學(xué)，為理解各種具體的測量知識與掌握各種專門的測量技能奠定語言基礎(chǔ)，同時(shí)也為科學(xué)研究工作者分析測量問題建立基本的理論體系?！　”緯譃?章，包括測量的基本概念、測量的數(shù)學(xué)物理模型、測量的有效性分析、測量中的計(jì)算方法、測量系統(tǒng)、測量的科學(xué)技術(shù)方法論?！　”緯勺鳛閮x器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科或相關(guān)測量學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，可用于其他相關(guān)學(xué)科的研究生教學(xué)，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 測量的基本概念 1.1 測量常識  1.1.1測量的概念 1.1.2測量的過程 1.2古測量學(xué) 1.2：1 中國古代的測量學(xué) 1.2.2埃及古代的測量學(xué) 1.2.3數(shù)學(xué)發(fā)展與測量學(xué) 1.3量的概念 1.3.1量的定量性 1.3.2量的統(tǒng)一性 1.3.3量的存在性 1.4測量的本原 1.4.1 第一個(gè)約定 1.4.2第二個(gè)約定 1.5測量定義 1.5.1定量性 1.5.2操作性 1.5.3確定性 1.6測量原理 1.6.1 測量知識的學(xué)習(xí) 1.6.2測量原理的定義 1.6.3本書的體系結(jié)構(gòu) 思考題及習(xí)題 第2章 測量的數(shù)學(xué)物理模型 測量信號 2.1.1測量信號的定義 2.1.2 測量信號的來源 2.1.3測量信號的函數(shù)表示 2.1.4測量信號的基本要素 2.1.5測量信號的結(jié)構(gòu)與類型 2.2測量噪聲 2.2.1噪聲的來源與性質(zhì) 2.2.2噪聲的數(shù)字特征 2.2.3高斯噪聲與白噪聲 2.2.4噪聲的幅度劃分 2.3測量方程 2.3.1測量信號的取樣 2.3.2測量方程的定義 2.3.3測量信號的有效性 2.4測量算子 2.4.1定義與性質(zhì) 2.4.2基本問題 2.4.3普適性測量算子 2.5測量誤差 2.5.1誤差的描述 2.5.2誤差的度量 2.5.3測量的合格性 2.6測量性能限 2.6.1測量信號性能限 2.6.2最佳測量算子 2.6.3參考性能限 2.7總結(jié)與歸納 2.7.1測量的關(guān)鍵問題分析 2.7.2測量的主要模型歸納 思考題及習(xí)題 第3章測量的有效性分析 測量信號的波形值 3.1.1 信縣的幅度與功率 3.1.2 信號的距離函數(shù) 3.1.3測量信號的有效性判別 3.2測量信號的區(qū)別度 3.2.1基本定義 3.2.2基本用途 3.3測量信號的靈敏度 3.3.1基本定義與性質(zhì) 3.3.2全局平均靈敏度 3.3.3序關(guān)系與上下界 3.4測量采樣第一定理 3.4.1等間隔采樣問題 3.4.2測量采樣第一定理 3.5測量采樣第二定理 3.5.1有效集搜索問題 3.5.2測量采樣第二定理 3.6測量誤差定界分析 3.6.1基本問題分析 3.6.2誤差情景分析 3.6.3誤差上界公式 3.7總結(jié)與歸納 3.7.1主題和基本問題 3.7.2主要內(nèi)容 附錄  附錄A301定理l及其證明 附錄A302定理2及其證明 附錄A303推論3及其證明 附錄A304有限計(jì)算的概念與問題 附錄A305容許偏差e的設(shè)置問題 附錄A306高斯白噪聲下普適性算子的誤差定界 附錄A307高斯概率積分估計(jì)不等式 附錄A308靈敏度性質(zhì)三和性質(zhì)四及其證明 附錄A309 多項(xiàng)式型樣本的平均靈敏度及其求解方法 思考題及習(xí)題 第4章測量中的計(jì)算方法 4.1測量算子的可計(jì)算性 4.2普適性算子基本算法 4.2.1算法程序及代價(jià) 4.2.2計(jì)算密集型算法 4.2.3存儲密集型算法 4.3時(shí)空域格點(diǎn)疏散算法 4.3.1概念與條件分析 4.3.2時(shí)間域疏散算法 4.3.3量值域疏散算法 4.4幅值域逆函數(shù)表算法 4.4.1作圖法及其啟示 4.4.2逆函數(shù)表格結(jié)構(gòu) 4.4.3量值查找與確定 4.4.4電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4.5匹配濾波器算子 4.5.1時(shí)延量值測量模型 4.5.2匹配濾波器算子 4.5.3相關(guān)函數(shù)及其特征 4.5.4算子的誤差上界 4.6線性測量信號模型及算法 4.6.1線性測量信號模型 4.6.2最小二乘法算法 4.6.3典型量值檢測 附錄  附錄A401 匹配濾波器算子的誤差定界公式及其證明 附錄A402誤差定界公式的相關(guān)函數(shù)表達(dá)式 附錄A403直流量檢測的誤差定界公式 思考題及習(xí)題 第5章測量系統(tǒng)  5.1測量系統(tǒng)的概念 5.2測量系統(tǒng)的性質(zhì) 5.2.1群時(shí)延特性 5.2.2系統(tǒng)穩(wěn)定性 5.2.3一致連續(xù)性 5.2.4統(tǒng)計(jì)無偏性 5.2.5理想測量系統(tǒng) 5.3測量鏈及其抽象結(jié)構(gòu) 5.3.1傳感器 5.3.2調(diào)理器 5.3.3運(yùn)算器 5.3.4顯示器 5.4控制鏈及其抽象結(jié)構(gòu) 5.4.1激勵信號源 5.4.2采樣同步器 5.4.3程序控制器 5.5誤差鏈及其綜合公式 5.5.1誤差鏈路結(jié)構(gòu) 5.5.2測量算子誤差 5.5.3 AC參數(shù)偏差 5.5.4信號模型偏差 5.5.5誤差綜合公式 附錄  附錄A501柯西—施瓦茨（Cauchy—Schwartz）不等式 附錄A502矩不等式 附錄A503閔可夫斯基（Minkowski）不等式 附錄A504切比雪夫（Chebyshev）不等式 思考顥及習(xí)題 第6章 測量的科學(xué)技術(shù)方法論 6.1 測量學(xué)是一門學(xué)科 6.2測量學(xué)公理化體系 6.2.1公理化方法與體系 6.2.2測量學(xué)是遞歸體系 6.2.3測量學(xué)的基本公理 6.3測量學(xué)的學(xué)科屬性 6.3.1理論與實(shí)證雙重性 6.3.2測量學(xué)的理學(xué)屬性 6.3.3測量學(xué)的工學(xué)屬性 6.4測量學(xué)的未來發(fā)展 6.4.1建立統(tǒng)一的內(nèi)涵知識體系 6.4.2建立開放的工程技術(shù)體系 6.4.3建立公用的測量服務(wù)體系 附錄  附錄A601 網(wǎng)絡(luò)儀器系統(tǒng)（ISON）  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第二個(gè)原因是出于歷史方面的考慮。我們說數(shù)學(xué)的最初起源之一來自于古測量學(xué)（這是數(shù)學(xué)史家的結(jié)論），而近代數(shù)學(xué)嚴(yán)密理論基礎(chǔ)（微積分、實(shí)數(shù)連續(xù)統(tǒng)）的建立同樣來源于測量問題的爭論，這就是數(shù)學(xué)家關(guān)于“飛矢不動”的爭論。顯然，這是一個(gè)速度量值存在性與可測性問題。這個(gè)爭論在數(shù)學(xué)家那里持續(xù)了幾百年，直到微積分和實(shí)數(shù)連續(xù)統(tǒng)的嚴(yán)密概念完全建立之后才停止。我們將測量學(xué)的理論和科學(xué)語言基礎(chǔ)歸結(jié)為語言所代表的數(shù)學(xué)語言體系，可以借鑒數(shù)學(xué)中早已成熟的理論與方法，最大限度地防止測量學(xué)在理論上走入誤區(qū)。 我們還是回到測量學(xué)自身的歷史上來，由于近百年來科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)量學(xué)的發(fā)展，測量學(xué)尤其是測量技術(shù)得到了長足的進(jìn)展，現(xiàn)今從事測量的科技工作者的專業(yè)理論語言（或?qū)W科語言）主要是從我們同時(shí)代的物理學(xué)導(dǎo)師那里學(xué)來的，所用的數(shù)學(xué)語言是前輩物理學(xué)家從他們的數(shù)學(xué)導(dǎo)師那里學(xué)來的。就像我們從法國人那里學(xué)英語，即使沒有丟失語言精髓，至少也會使發(fā)音走調(diào)。閱讀科技文獻(xiàn)，涉及測量的書籍與文獻(xiàn)浩如煙海，很容易發(fā)現(xiàn)這樣的事實(shí)：在許多測量問題的描述中，作者從物理學(xué)典籍中片段地抄來某條物理學(xué)定律（通常會遺漏某些重要的前提條件），再經(jīng)過不嚴(yán)格的數(shù)學(xué)演繹（通常使用近似、簡化或不完整的計(jì)算擬合），再經(jīng)過缺乏理論依據(jù)的實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證”，經(jīng)常得出貌似創(chuàng)造性的結(jié)論來。這種成果不僅對測量學(xué)進(jìn)展沒有作用，還會干擾測量學(xué)的正常發(fā)展。有人說，這種成果可以通過計(jì)量學(xué)或計(jì)量程序得以檢驗(yàn)真?zhèn)巍Ｊ聦?shí)上，由于測量噪聲是普遍存在的，無論多么精密的計(jì)量檢驗(yàn)手段也無法區(qū)分測量結(jié)果中的誤差是噪聲還是“系統(tǒng)誤差”，而上述情況中的“系統(tǒng)誤差’，事實(shí)上就是錯誤。這正是我們要指出的——某些缺乏理論依據(jù)的測量方法或結(jié)論，是無法通過計(jì)量來發(fā)現(xiàn)錯誤的。上述認(rèn)識也反映了近半個(gè)世紀(jì)以來，測量領(lǐng)域重視試驗(yàn)、輕視理論的現(xiàn)狀，反映了我們已經(jīng)部分進(jìn)入了一個(gè)誤區(qū)——將測量的理論交給物理學(xué)家；將測量結(jié)論的鑒別交給計(jì)量體系；測量工作者專門從事一件事，那就是將計(jì)量檢驗(yàn)結(jié)果與物理學(xué)家的理論作一次數(shù)據(jù)擬合。這就部分地造成了測量學(xué)只有技術(shù)、沒有科學(xué)的尷尬局面。可以推斷：只要測量學(xué)還有存在的必要，還能成為未來科學(xué)體系的一個(gè)分支，那么上述情況就是現(xiàn)代科學(xué)最大的危險(xiǎn)之一。 重建測量學(xué)理論體系當(dāng)然是一項(xiàng)艱難的任務(wù)，所以本書提倡使用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)語言作為測量學(xué)的“兒語”基礎(chǔ)，盡量在測量學(xué)理論中揚(yáng)棄現(xiàn)在通行的技術(shù)語言。 4.1.3有限計(jì)算可行牲 測量算子的有限計(jì)算可行性問題，在前文中被分解為兩個(gè)問題。下面針對普適性測量算子，我們首先回答第一個(gè)問題：測量信號需要滿足什么條件？ 定理4.1：給定M維空間中的有界區(qū)間V和有界時(shí)間集T，假設(shè)理論測量信號g（t；v）是VXT上的有效測量信號，若最大靈敏度OK…存在，噪聲的概率分布是連續(xù)函數(shù)，則普適性測量算子在V×T上滿足有限計(jì)算條件。 很顯然，定理4.1給出的條件是一個(gè)充分條件。下面先對定理所給的條件予以說明和分析，然后給出定理的簡要證明。

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