弹簧拉压力测量电控系统误差处理方法的研究

摘 要：系统误差是指在同一条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或按某一确定规律变化的误差。系统误差不像随机误差那样有一些普遍方法来处理。只能针对具体情况采取相应的措施。

关键词：弹簧拉压力 误差处理 直线校正

中图分类号：TH124 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0059-01

弹簧拉压力参数是枪械静态参数之中重要的一项，而枪械静态参数是枪械定型试验中必测的项目。在实际应用中，精确测量和综合分析这些参数能对枪械进行客观、全面的评价。特别是近年来大量高新技术、新材料在轻武器研制上的应用，大大促进了枪械的发展，从而在枪械静态参数测试方面也提出了更高的要求。选择一种较好的误差处理的方法显得尤为重要。

1 建立误差模型修正系统误差

先通过理论分析来建立系统误差模型，由误差模型求出误差修正表达式，误差修正表达式中一般含有若干误差因子，修正时，先通过校准技术来求得这些误差因子，然后利用误差因子和修正公式来消除或减小系统误差的影响。至于误差模型的建立，必须根据具体情况进行具体分析，没有统一的方法可寻。

2 利用校正曲线通过查表法修正系统误差

在较为复杂的仪器中，对较多的误差来源往往不能充分的了解，因此难以建立适当的误差模型。这时可通过实验，即通过实际校准求得校准曲线，然后将曲线上各校准点的数据存入存储器的校准表格中，在以后的实际测量中，通过查表来求得修正后的测量结果。用查表法来处理误差时，显然列表的数据越详细查表结果越准确，但这明显不合实际。精度每增加一倍相应的数据量（即存储空间）也会增加一倍。无限制地要求精度会使的存储数据量按几何倍率上升。在实际操作中，为了减少存储空间用计算量的增加来实现。取得较少的校准点后，在表中查不到的数据由内插法（分段直线拟合）来计算。以此来提高精度，减少残余误差。

3 非线性的校正

许多传感器、检波器及其它敏感元件的输出信号与被测参数间存在明显的非线性关系。为使智能仪器直接显示各种被测参数并提高测量精度，必须对非线性进行校正，使之线性化。本系统采用的力传感器输出也必须要进行线性化处理之所以要线性化，是因为线性化有很多的好处：为使传感器的输出能不失真地复现输入量的变化，必须使其幅频特性为常量，相频特性为线性关系，这是使用传感器完成量值变化的基本要求。（1）传感器线性特性可以简化理论分析和设计计算；（2）传感器线性特性便于应用线性系统的叠加原理进行对各种干扰因素的补偿；（3）传感器线性特性便于数据处理和标定；（4）传感器线性特性主要目的是提高测量精度水平。

非线性校正的方法可以分为代数插值法、分段插值法、最小二乘法等等。

4 误差处理方法

在选择哪种误差处理方法前，先通过实验测量和观察得到在系统工作范围的一组互异点。也就是得到一个传感器压力-电压输出的数据表。（表1）

现在对上述数据进行基于直线方程校正、分段直线校正和抛物线插值等方法的非线性处理。以比较哪种方法更有利于本系统使用。

4.1 直线方程校正

使用（3.00，0.60）和（7.90，1.58）两点来求解直线方程：

可得直线校正方程：

可以验证，两端点的拟合误差为0，而在的时候，，误差达到最大值为0.06 V。显然相对于输出不大的电压来说，这是一个不小的误差数据。

4.2 分段直线校正

分段直线校正有等距节分段直线校正和非等距节分段直线校正两种。在此就以等距节分段直线校正来讨论。

为了方便于计算，以最简单的二分来讨论。从表1中提取（3.00，0.60）、（5.50，1.14）、（7.90，1.58）三个点来近似替代整个表格，可得方程：

可以验证，用两个插值方程对数据表的数据进行非线性校正，每一点的误差减小了。第一段的最大误差值在点处，误差值为0.038 V。第二段的最大误差值在点处，误差值为0.0415 V。分段校正明显比直线方程校正的误差要小很多。

4.3 抛物线插值

抛物线插值是在数据中选取三个点、、，相对的插值方程为：

节点选择（3.00，0.60）、（5.50，1.14）、（7.90，1.58）三点。

得：

可以验证，用这一方程进行非线性校正，在点3.30KG处有最大误差值为0.049 V。

对比上述三种方法，结合计算机的优势可以看出在本系统中分段直线校正占有优势。