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不确定度评定中的相关性问题...

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xuyuzheng 发布于: 2016-8-18 19:59 4197 次浏览 13 位用户参与讨论
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11#
ttyn727 发表于 2016-8-19 00:01:00
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       经典的误差理论没有相关性的说法。
       不确定度理论为了用“方和根法”,才提出相关性的问题。因为(a+b)的平方等于(a的平方)+2ab+(b的平方),只有2ab很小,可以忽略,才有[(a+b)的平方]等于(a的平方)+(b的平方),才能用“方和根法”。
       “方和根法”是否成立,取决于交叉项2ab是否可以忽略,而同【a量和b量之间是否相关】没有关系。
        GUM、VIM、JJF、大量不确定度样板评定以及各种教科书、书籍所讲的关于相关性的内容,都是脱离实际的,没有道理。而大量的“假设不相关”,都是白说;因为交叉项能否可略,与相关性没有关系。
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        你的具体问题,已认为误差项是三个:铷频标不准、重复性、比对器误差。
        1)铷频标不准,定量为铷频标的准确度,就是误差范围,这由厂家给出,并经上级计量部门检定(或校准)公证。此项误差范围以系统误差为主,当做是系统误差(符合误差的上限性特点),记为β(数值等于铷频标的误差范围,符号可正可负)。厂家给出的指标是R(铷)= |β|
        2)重复性,就是多次测量呈现的随机误差 ,记为ξ1i。ξ1i是量值可大可小,符号可正可负,取3ξi为对误差范围权重为1的随机误差元。单项测量结果为R(重复)=3σ(ξ1)= σ(3ξ1)
        3)频标比对器的误差是随机误差,误差元记为ξ2i. 厂家给出指标为R(比对)=3σ(ξ2)= σ(3ξ2)(按《时间频率计量》一书的作法,直接用厂家的阿仑偏差指标值)。
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      你的案例是一项系统误差与两项随机误差合成,合成公式为:
      R(总)= √[R(铷)^2+R(重复)^2+R(比对)^2]                                              (1)
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       在仅有一项系统误差的情况下,(1)式成立的条件是单项系统误差、其他误差随机(可正可负)、大量。交叉系数构成有充分的抵消性,交叉项可略,“方和根法”成立。

       公式(1)成立的条件与“各项间相关还是不相关”没有关系。因此,你的顾虑没必要。有人说“相关”,没关系;因为即使“相关”,公式(1)也成立。注意,如果有两项大系统误差,二者必须取“绝对和”,而其余操作是取“方和根”。这里仅有一项系统误差,而其他为随机误差,不管相关不相关,都取“方和根”。
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附录
理论根据
(一)误差合成的理论基础
       函数的改变量,等于函数对各个自变量偏微分的和。就是泰勒展开的一级近似。
              f(x,y) = f(xo,yo)+ (?f/?x) (x-xo)+ (?f/?y) (y-yo)                    (7)
              f(x,y) - f(xo,yo) =(?f/?x) Δx+ (?f/?y) Δy                                (8)
              Δf =(?f/?x)Δx + (?f/?y)Δy                                                    (9)
       公式(9)是偏差关系的普遍形式。对所研究的特定函数来说,?f/?x、?f/?y是常数。
       偏差关系用于测量计量领域,x是测得值,xo是真值, Δx是测得值x的误差元;y是测得值,yo是真值,Δy是测得值y的误差元;f(x,y)是代表被测量的函数值, f(xo,yo) 是函数的真值,Δf= f(x,y)-f(xo,yo) 是函数值的误差元。
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(二)随机误差元构成的误差范围
       1 随机误差元等于测得值减测得值的期望值(当无系统误差时,期望值是真值)。随机误差元的期望值是零。随机误差元为:
                 ξi = Xi- Z                                                                           (1)
       2 标准误差定义为
               σ =√(1/N)∑ξi                                                                        (2)
       3 贝塞尔公式用测得值的平均值代换(2)式中的期望值,得到:
               σ =√{[1/(N-1)]∑[X-X(平)]^2}                                                 (3)
       4 随机误差范围
               R = 3σ =3√(1/N)∑ξi^2
                 =√(1/N)∑(3ξi)^2                                                                 (4)
       5 由公式(4),有:
                R=3σ(ξ)= σ(3ξ)                                                                    (5)
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(三)随机误差与单个系统误差合成的交叉因子
       两个分项误差,一个是随机的,记为ξ,考虑到对误差范围的权重,取单元量为3ξ(ΔX);一个是系统的(重复测量中不变),记为β(ΔY)。
       代入公式(13),有
               J =(1/N)(∑3ξiβ) / [σ(X) σ(Y)]                                                 (16)
       系统误差元是常数可以提出来,有
               J =(1/N) (3β∑ξi) / {√[(1/N)∑ΔX^2]√[(1/N)∑ΔY^2]}                 (17)
       大量重复测量(例如N=20,N不得小于10)中,(17)式的∑ξi等于零或可以忽略,因此J近似为0,可以忽略。“方和根法”成立。
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       详见本栏目文章《误差合成的“方根法”—— 测量计量理论与实务探讨(1)》
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12#
快乐.每一天 发表于 2016-8-19 00:12:15
讨论技术问题还是直接了当更好。相关性问题本来就是传统随机误差理论中的经典内容,协方差和方差概念本来就是同时诞生的,这在测绘、仪器制造等领域是经常涉及的,至多只是计量检测领域较少涉及。相关性问题本来就不是不确定度的发明创造。
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13#
spiegesq 发表于 2016-8-19 00:26:58
“数学上,两个序列之间的“相关性”(或称“正交性”——“不相关性”)就是用【两者对应序号取值“互积和”】(对应您现称的“交叉项”)与【各自方和根(开方)的乘积】之比(谓之“相关系数”)来表达的。”


      又看到了,最后一次提醒,如果还是坚持的话,我也没办法了。您说的互积和,是“相关函数”的一种归一化表示方法,但实际使用范围是非常窄的。比如两组温度序列,如果用你的公式,用摄氏温度单位和用华氏温度单位得到的相关系数是不一样的。实际上,您的相关系数也在一定程序上表示了两组随机变量的相关性,但根据公式特性,仅适用于“定性”比较两组或以上数值绝对值相近且变化量远小于与零点的距离的变量的相关性大小。
       相关函数的归一化表示方法(即相关系数)有不少,但有些适用范围窄且物理意义不明确,现在比较认可还是协方差法,即下图中第二种。

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14#
2支棒棒糖 发表于 2016-8-19 00:27:51
  叶老师说“相关性问题本来就是传统随机误差理论中的经典内容,协方差和方差概念本来就是同时诞生的,相关性问题本来就不是不确定度的发明创造”。这是客观事实,也很有道理。但我们仍然应该区分两个输入量的测量误差相关性和由这两个误差分别给测得值引入的测量不确定度分量的相关性,误差是“因”,不确定度是“果”。没有因就不会有果的产生,但因与果不是一回事,误差与不确定度也不是一回事,因和因的相关性与果和果的相关性也不是一回事。合成的时候因与因可以合成,果与果合成,但因与果不能合成。
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