动态瞬变力值校准中的不确定度建模及其溯源

The force is one of the most common physical quantities widely used in the fieldsof industry, automatic control and national defense. The demand for themeasurement accuracy of dynamic force is higher and higher with the increasingdynamic measurement precision. The premise for stable and reliable of dynamicmeasurement is correct calibration, in which the two important parts aredynamic force driving and its calibration. Aimed at the problem ofmeasurement results un-accurate and estimation results un-perfect for dynamic transient force, theoretical analysis, calibration and test experiments will beused to study the response characteristics and its varying regulation in themeasurement process for dynamic force. The mechanism modeling, stabilitydiscrimination and reliability examination will be performed in forcemeasurement system. The intrinsic characteristics and its effects in thedynamic force calibration will be studied and the uncertainty in the dynamictransient force calibration will be modeled and traced. The key techniques indynamic uncertainty analysis and estimation will be derived. The optimizedestimation principle and computing method for uncertainty in dynamic forcemeasurement will be established to ensure the reliability of the measurementresults for dynamic transient force. The scientific foundation for the researchof dynamic force, impact, and strain would also be provided. The validity andreliability of the measurement results would be improved and, the bottleneck problem inthe metrology calibration in the dynamic force would be broken through.

力是最常见的物理量之一，广泛应用于工业、农业、自动控制和国防领域。随着动态测量精度的提高，对动态力测量准确度的要求越来越高。动态测量结果稳定可靠的前提是准确的校准。动态力校准中的两个重要环节是动态力激励与动态力溯源，其中动态力的溯源尤其重要。针对动态瞬变力值测量结果不准确和测量不确定度评定不完善的问题，采用理论分析与校准、测试实验相结合的方法，研究动态力值测量过程中的响应特性及其变化规律；对力值测量系统进行机理建模、稳定性判别与可靠性检验；通过研究动态力值校准中的内蕴特性及其作用规律，对动态瞬变力值校准的不确定度进行建模及其溯源；分析得到动态测量不确定度计算评定与有效验证的关键技术；建立动态力值测量不确定度的优化评定原理与计算方法，保证动态瞬变力值测量结果的可靠性。为动态力、冲击、应变等力学量的研究提供科学依据，提高动态校准的准确性与测量结果的可信赖程度，突破动态力值计量校准中的瓶颈问题。

动态力溯源是国家质量基础的核心内容之一。动态力溯源技术可以为力传感器的动态校准、动态载荷的高精度在线测试和机械量动态特性的表征等提供依据，近年来已经成为动态力计量领域的研究热点。由于动态力溯源技术具有实时测量和动态复现的优点，可用于诸如飞机起落架的载荷冲击试验及汽车悬架的振动试验等动态力学特性的评定问题。.课题围绕固体力学中动态载荷的高精度测量需求，开展了动态力溯源及其不确定度评定技术的研究。针对常见的冲击力和正弦力的溯源问题，分别研制了基于激光外差干涉法的动态力溯源系统；针对动态力溯源系统的误差补偿问题，提出了动态力的正则化重构、运动体等效加速度的复现和力传感器惯性质量的估计和修正方法，实现了冲击力和正弦力的高精度在线测量。.以激波管系统为载体，研究了压力传感器在阶跃激励作用下的动态校准特性以及校准结果的优化。研究了激波管法压力传感器动态校准原理，提出了基于趋势辨识的压力传感器阶跃响应信号稳定值估计方法，提高了时频域动态特性参数的估计精度；分析了破膜振动、激波冲击振动、工作介质和激波管低压室长度对动态校准结果的影响。提出了一种压力传感器阶跃响应信号低频噪声消除方法和动态校准参数模型辨识方法。建立了入射激波阶跃压力和反射激波阶跃压力幅值的不确定度评定模型，提出了一种基于压力传感器数学模型的时频域动态特性参数不确定度评定方法。.提出了一种力传感器动态校准与溯源的误差补偿技术和不确定度评定方法。基于激波管系统对压力传感器进行动态校准，分别提出了阶跃响应信号稳定值估计、波动量化评估、低频噪声消除、参数模型辨识以及不确定度评定方法，提高了压力传感器动态校准结果的可靠性，为激波管系统的优化设计提供了基础。