传感器基础之误差分析处理

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1、第一章生物医学传感器基础本章教学目标通过本章的学习，了解测量的一些基本理论；了解什么是传感器的静态特性、动态特性及其数学表达式表示方法，掌握传感器装置的静态特性指标和动态特性品质指标，仪表等级精度的概念，并能以此适当选择测量仪器。测量概论生物医学传感器的研究对象生物体的物理、化学和生物参数传感器检测中的关键问题被测信号的大小、信号的确定性及其频谱生理信号随机变化的特点传感器的静态特性和动态特性生物医学信号基本特性传感器没有失真地反映测量信号主要内容测量概论误差分析处理测量不确定度数据表述传感器的基本特性静态特性动态特性传感器的干扰与噪声传

2、感器基础之误差分析处理测量误差基本概念测量误差的表示测量误差的分类有效数字系统误差的消除主要内容随机误差的处理粗大误差的剔除测量误差基本概念真值——指被测量在一定条件下客观存在的、实际具备的量值。真值是不可确切获知的，实际测量中常用“约定真值”和“相对真值”。约定真值是用约定的办法确定的真值，如砝码的质量。相对真值是指具有更高精度等级的计量器的测量值。标称值——计量或测量器具上标注的量值。如标准砝码上标注的质量数。示值——由测量仪器（设备）给出的量值，也称测量值或测量结果。测量误差——测量结果与被测量真值之间的差值。误差公理——一切测量都

3、具有误差，误差自始至终存在于所有科学试验的过程之中。研究误差的目的是找出适当的方法减小误差，使测量结果更接近真值。重复性——在相同条件下，对同一被测量进行多次测量所得到的结果之间的一致性。相同条件包括：相同的测量程序、测量方法、观测人员、测量设备和测量地点等。测量不确定度——表示测量结果不能肯定的程度，或说是表征测量结果分散性的一个参数。它只涉及测量值，是可以量化的。经常由被测量算术平均值的标准差、相关量的标定不确定度等联合表示。测量误差基本概念准确度——是测量结果中系统误差与随机误差的综合，表示测量结果与真值的一致程度，由于真值未知，准

4、确度是个定性的概念。测量误差的表示3）引用误差——绝对误差与测量仪表量程之比。按最大引用误差将电测量仪表的准确度等级分为7级，指数a分别为：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0。2）相对误差——绝对误差与真值之比：在误差较小时，可以用测量值代替真值，称为示值相对误差γx。1）绝对误差——示值与真值之差。它的负值称为修正值。称为修正值或补值。所以电测量仪表在使用中的最大可能误差为：【例】某1.0级电压表，量程为300V，求测量值Ux分别为100V和200V时的最大绝对误差ΔUm和示值相对误差γUx。测量误差的表示测量误差的

5、分类按产生原因分类1）方法误差:方法误差是由于检测系统采用的测量原理与方法本身所产生的测量误差，是制约测量准确性的主要原因；2）环境误差:环境误差是由于环境因素对测量影响而产生的误差。例如环境温度、湿度、灰尘、电磁干扰、机械振动等存在于测量系统之外的干扰会引起被测样品的性能变化，使检测系统产生的误差；按产生原因分类5）随机误差：相同条件下测量产生的偶然误差（重复测量）。3）装置误差：装置误差是检测系统本身固有的各种因素影响而产生的误差。传感器、元器件与材料性能、制造与装配的技术水平等都直接影响检测系统的准确性和稳定性产生的误差；4）处理误

6、差：数据处理误差是检测系统对测量信号进行运算处理时产生的误差，包括数字化误差、计算误差等；测量误差的分类按误差性质分类1）系统误差——在重复条件下，对同一物理量无限多次测量结果的平均值减去该被测量的真值。系统误差大小、方向恒定一致或按一定规律变化。测量误差的分类系统误差产生的原因：测量系统性能不完善检测设备和电路等安装、布置、调整不当因温度、气压等环境条件发生变化测量方法不完善或测量理论依据不完善例如：仪表盘刻度不准确造成恒值误差系统误差的主要特征：出现的规律性和产生原因的可知性；通常系统误差可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，

7、也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。2）随机误差——测量示值减去在重复条件下同一被测量无限多次测量的平均值。随机误差具有抵偿特性。产生原因主要是温度波动、振动、电磁场扰动等不可预料和控制的微小变量。测量误差的分类随机误差产生的原因：一些微小因素，比如，外界微小的干扰等。随机误差只能用概率论和数理统计方法计算它出现可能性的概率。而且随机误差不可能修正，但在了解其统计规律性之后，可以控制和减少它们对测量结果的影响。系统误差和随机误差之间的关系：两种不同性质的误差，但在测量中难以区分。一般系统误差表现为测量结果偏离真值的程度大小，而随机误

8、差表现为测量结果的分散程度。测量误差的分类随机误差的主要特征:绝对值相等、符号相反的误差在多次重复测量中出现的可能性相等；在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过某一限度；绝对值小的随机误差