計量(liàng)學中的分辨率是衡量整體價值的關鍵指標。然而,很多時候我們會專注於從測量儀器中讀出的計數或(huò)數字的數量,而沒有理解這些數字是有效的輸出(chū)值還是隻是附(fù)加到信號的噪聲。根據計量學詞匯(huì)(VIM),分辨率是被(bèi)測量量的***小變化,導(dǎo)致相應指示發生可察覺的變化。
我們以矽壓力(lì)傳感(gǎn)器為例。從技術上講,我們從矽傳(chuán)感器中獲得的分辨率是無限的,並(bìng)且僅受用於測量傳感器的換能(néng)器的限製。然(rán)而,封裝的(de)壓(yā)力傳感器(qì)具有解釋數據的電(diàn)子設(shè)備就會限製了可以從傳感器中獲得的整(zhěng)體分辨(biàn)率。Mensor的CPT9000 高(gāo)級壓力傳感器具有集成的24位A/D轉換器,具有(yǒu)16,777,216 步或計(jì)數,這是從選定的位數可能產生的***大離散值或除法數(shù)。那麽這是否(fǒu)意味著您(nín)在讀取傳感器時可以獲得超過 0.1PPM的分辨率,但其有效性取決於測量(liàng)過程、儀(yí)器(qì)的整體不確定度以及儀器製造商設置的(de)讀數限製。
測量過程(chéng)
考慮從Mensor壓力傳感器讀取(qǔ)單個壓力值。讀數的分辨率代表一部分真實信號和一部分噪聲。由於此噪聲是隨機(jī)的,無法對讀取的(de)單個值的真實性(xìng)給予高度的置信度。
現(xiàn)在,如果(guǒ)在相(xiàng)同條件下多次重複此過(guò)程(chéng),我們就可以計算讀數的平均值以明顯接近真實值。假設噪聲是隨機的,計算平均值的標準偏差會顯著提高讀數真實性的整體置信(xìn)水平。
因此(cǐ),一個0~1psi全量程傳感器,具有(yǒu)7位分(fèn)辨率,其中您可以得出小至0.1x10-5psi的分辨率。單個讀數的整體信噪比的置信度明顯(xiǎn)低於采用更大樣本量的置信度。
儀器的不確定(dìng)度(dù)
分辨率不確定度是導致測量(liàng)不確定度的一個因素。分辨率也被認為(wéi)是整體 A 類(lèi)不確定度的一(yī)個(gè)因素,是通過在定義的條件下獲得的統計分析來計算(suàn)的。通常,不確定度的分辨率分量計算為整個A類不(bú)確定度和平方根方程的矩形(xíng)分布。
這意味著對(duì)於具有7位分辨率的相同0~1psi傳感器(qì),存在與0.1x10-5psi ***小分辨率相關的不確定因(yīn)素。盡管如此,其整體影(yǐng)響在(zài)很大程度上取決於(yú)這與A 類(偏差)和 B 類(參考不確(què)定性、線性度、重複性、滯後等)不確定(dìng)性中的其他因素(sù)的關係。
廠家設置的限製(zhì)
為了(le)應對分辨率對整體不確定度的影響(xiǎng),設備製造商限製了(le)儀(yí)器(特別(bié)是帶有數字顯示(shì)指示(shì)的儀器)的讀數,以減少顯示噪聲並使讀(dú)數更容易。
在前麵(miàn)的示例中,傳感器的(de)總體規定不(bú)確定度為0.01%FS(在k=2時報告(gào),置信(xìn)水(shuǐ)平為~95%)。任何靈敏度高於0.1x10-3psi 的讀(dú)數都不具有相同(tóng)的真實性置信水平。因此,在這種情況(kuàng)下,盡(jìn)管(guǎn)分辨率能夠達到 0.1x10-5psi,但尚不清楚記錄的測量值的(de)***後兩位數字是否有任何意義。
通過讀取(qǔ)為抵(dǐ)消(xiāo)噪(zào)聲輸出而部署的過濾器,可以在一定程度上緩解這(zhè)個問題(tí)。但是,過濾器必須不使顯示讀數滯後於真實讀數。
對於精密壓力指示器CPG2500等壓(yā)力(lì)儀器,報告的(de)測量不確定度為0.008%或80ppm,分辨率定義為6-7位數字。這種情況主要是為了(le)確保壓力輸出的信噪(zào)比高。
所以(yǐ)總而言之,更高的分辨率並不一定意味著更真實的值,尤其是當讀(dú)數本身的樣本量有限時。話(huà)雖(suī)如此,重要的(de)是要知道分辨(biàn)率確實會影響儀器的整體不確定性。
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