仪器科学与技术：精密仪器的小样本非统计分析原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王中宇 等 著

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• 精密仪器
• 小样本分析
• 非统计分析
• 仪器科学
• 技术
• 测量
• 误差分析
• 可靠性
• 数据处理
• 实验方法

出版社： 北京航空航天大学出版社 ， ， ， ，

ISBN：9787512400405

版次：1

商品编码：10286328

包装：平装

丛书名： 国防特色学术专著

开本：16开

出版时间：2010-04-01

用纸：胶版纸

页数：285

正文语种：中文

编辑推荐

　　本书的主要内容是以灰色系统理论、模糊集合理论、信息熵理论、贝叶斯理论和神经网络理论等为基础，研究精密仪器小样本非统计分析评估与数据处理中的具体问题，尤其是针对一般精密仪器中不宜采用统计方法分析的一些关键技术进行分析研究。本书可作为高等院校仪器科学与技术以及相关学科的教学参考书，也可供相关科研工作者和工程技术人员参考。

内容简介

　　主要研究精密仪器的分析与应用领域中被测量的特征信息不全，或者观测到的数据个数较少的小样本非统计分析、评估与处理问题，尤其是针对不宜采用统计方法分析的精密仪器中的一些关键技术进行探讨。小样本非统计分析方法的特点是，对研究对象的样本量或概率分布没有特殊要求，允许测量数据的个数很少或概率分布未知。 　　全书分为四篇，共8章内容。第一篇介绍精密仪器的发展趋势和小样本非统计分析的基础原理；第二篇阐述精密仪器系统的小样本非统计检验与分析；第三篇论述精密仪器精度的小样本非统计分析与评定；第四篇给出工程应用实例。 　　《精密仪器的小样本非统计分析原理》可作为高等院校仪器科学与技术以及相关学科的教学参考书，也可供相关科研工作者和工程技术人员参考。

内页插图

目录

第一篇 基础原理 第1章 绪 论 1.1 精密仪器的基本概念 1.1.1 精密仪器概述 1.1.2 精密仪器的发展 1.2 精密仪器的基本特性 1.2.1 精密仪器的静态特性 1.2.2 精密仪器的动态特性 1.3 精密仪器测量数据的处理与分析 1.3.1 精密仪器测量数据的处理 1.3.2 精密仪器分析的基本问题 1.4 精密仪器的小样本非统计分析基础 1.4.1 统计学的问题及其局限性 1.4.2 小样本非统计分析的基本方法 1.5 精密仪器小样本非统计分析的内容与意义 1.5.1 精密仪器小样本非统计分析的内容 1.5.2 精密仪器小样本非统计分析的意义 1.6 本章小结 第2章 精密仪器小样本非统计分析的基本原理 2.1 灰色分析原理 2.1.1 灰色系统理论基础 2.1.2 灰色分析方法 2.1.3 灰色分析应用实例 2.2 模糊分析原理 2.2.1 模糊理论基础 2.2.2 模糊分析方法 2.2.3 模糊分析应用实例 2.3 贝叶斯分析原理 2.3.1 贝叶斯理论基础 2.3.2 贝叶斯分析方法 2.3.3 贝叶斯分析应用实例 2.4 信息熵分析原理 2.4.1 信息熵理论基础 2.4.2 信息熵分析方法 2.4.3 信息熵分析应用实例 2.5 神经网络分析原理 2.5.1 神经网络理论基础 2.5.2 神经网络分析方法 2.5.3 神经网络分析应用实例 2.6 蒙特卡洛分析原理 2.6.1 蒙特卡洛理论基础 2.6.2 蒙特卡洛分析方法 2.6.3 蒙特卡洛分析应用实例 2.7 自助法及灰白助法分析原理 2.7.1 自助法的基本原理 2.7.2 灰自助法分析方法 2.7.3 自助法分析应用实例 2.8 本章小结 第二篇 精密仪器系统的小样本非统计检验与分析 第3章 精密仪器系统的小样本非统计假设检验 3.1 假设检验的发展与分类 3.1.1 假设检验的发展 3.1.2 假设检验的分类 3.2 模糊假设检验 3.2.1 参数的模糊估计 3.2.2 假设检验平均值 3.2.3 假设检验标准差 3.2.4 两个分布总体的检验 3.2.5 配对假设检验 3.2.6 模糊假设检验应用实例 3.3 两个数据序列的灰关系 3.3.1 灰关系的提出 3.3.2 非排序灰关系 3.3.3 排序灰关系 3.3.4 灰关系应用问题 3.4 灰假设检验 3.4.1 非排序灰假设检验 3.4.2 排序灰假设检验 3.4.3 灰假设检验应用实例 3.5 本章小结 第4章 精密仪器系统的小样本非统计分析 4.1 稳定性的模糊判别 4.1.1 模糊判别的基础 4.1.2 模糊判别的判据 4.1.3 稳定性应用实例 4.2 重复性和再现性分析 4.2.1 重复性和再现性的比较 4.2.2 重复性和再现性的变异分析 4.2.3 重复性和再现性的假设检验 4.2.4 重复性应用实例 4.2.5 再现性应用实例 4.3 寿命分析 4.3.1 寿命分析方法 4.3.2 寿命应用实例 4.4 本章小结 第三篇 精密仪器精度的小样本非统计分析与评定 第5章 精密仪器测量误差的小样本非统计分析 5.1 测量误差的溯源 5.1.1 误差溯源的概念 5.1.2 误差溯源的方法 5.1.3 误差溯源的意义 5.2 误差性质的诊断 5.2.1 模糊关系诊断 5.2.2 灰关系诊断 5.2.3 误差性质诊断应用实例 5.3 测量误差的分离 5.3.1 误差分离基本原理 5.3.2 误差分离应用实例 5.4 本章小结 第6章 精密仪器测量不确定度的小样本非统计评定 6.1 测量不确定度的基本问题 6.1.1 不确定度的起源与发展 6.1.2 不确定度的评定方法 6.2 标准不确定度的评定 6.2.1 现有评定方法 6.2.2 非统计评定方法 6.3 测量不确定度的合成 6.3.1 基于GUM的合成方法 6.3.2 非统计合成方法 6.4 扩展不确定度的评定 6.4.1 基于GUM的评定方法 6.4.2 非统计评定方法 6.5 动态测量不确定度的评定 6.5.1 评定的流程 6.5.2 期望函数的求取 6.5.3 不确定度函数建模 6.6 不确定度评定应用实例 6.6.1 非统计方法评定实例 6.6.2 不同方法的综合比较 6.6.3 综合应用实例 6.7 本章小结 第四篇 工程应用实例 第7章 精密仪器测量系统的性能分析 7.1 仪器仪表轴承的摩擦力矩分析 7.1.1 概率密度函数的确定 7.1.2 总体分布参数的推断 7.1.3 摩擦力矩的实验研究 7.2 滚动轴承振动的灰白助动态分析 7.2.1 估计方法的有关说明 7.2.2 轴承振动的动态估计 7.2.3 影响因素与实验分析 7.3 多传感器系统的动态性能分析 7.3.1 问题的提出 7.3.2 动态性能分析 7.3.3 自助融合与检验 7.3.4 实验研究 7.3.5 讨 论 7.4 微小尺寸宽度测量系统的性能分析 7.4.1 测量系统的建模 7.4.2 图像处理的方法 7.4.3 系统设计与实现 7.5 自由空间激光通信系统及其性能分析 7.5.1 自由空间光互连系统的性能指标 7.5.2 自由空间光互连系统的性能分析 7.5.3 自由空间光通信系统的性能分析 7.6 本章小结 第8章 精密仪器的误差分析与不确定度评定 8.1 谐波与圆度测量误差分析 8.1.1 人为偏心与一次谐波 8.1.2 谐波与圆度误差测量 8.1.3 最大模范数分析方法 8.1.4 仿真实验研究 8.2 表面形貌误差评定基准分析 8.2.1 表面形貌误差的分离 8.2.2 二维表面粗糙度基准 8.2.3 三维表面粗糙度基准 8.3 虚拟仪器误差分析与不确定度评定 8.3.1 测量模型的建立 8.3.2 测量系统参数辨识 8.3.3 测量误差的来源分析 8.3.4 不确定度的神经网络评定 8.3.5 不确定度的蒙特卡洛评定 8.4 布氏硬度计误差分析与不确定度评定 8.4.1 布氏硬度的测量原理 8.4.2 硬度测量的一些问题 8.4.3 测量过程的力学分析 8.4.4 测量不确定度的评定 8.4.5 布氏硬度计的设计 8.5 本章小结 参考文献 后记

精彩书摘

　　第1章 绪论 　　本章给出了精密仪器的基本概念，概述了精密仪器的发展历程、趋势和基本特性，指出了精密仪器测量数据分析中的若干关键问题，简要介绍了非统计原理的基本概念和精密仪器小样本非统计分析的研究内容与意义。精密仪器的特性主要包括静态特性和动态特性，本章讨论了这些特性的评价指标。精密仪器测量数据分析的关键问题主要包括测量精度的分析、测量不确定度的评定以及测量误差的溯源；非统计分析原理的理论基础主要包括灰色系统理论、模糊集合理论、信息熵理论、贝叶斯理论、人工神经网络理论和蒙特卡洛理论等，非统计分析方法可以从一定程度上突破统计学理论在精密仪器分析与应用中的一些局限性。 　　1.1 精密仪器的基本概念 　　人类为了认识世界和改造世界，需要不断地对自然界的各种现象进行测量和分析。利用精密仪器进行测量是国防、工业、农业等领域中不可缺少的一项工作。 　　1.1.1 精密仪器概述 　　1.精密仪器的概念 　　仪器仪表是获取外界信息的工具，是认知世界的手段，它是一个具体的系统或者装置，最基本的作用是延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等感官的功能。 　　精密仪器是一种特殊的仪器仪表，广泛用于精密地测量各种几何量和物理量，包括长度、角度、力学、热工、电磁、光学、无线电、时间频率和电离辐射等。 　　现代精密仪器是随着微电子技术、近代光学技术和计算机技术飞速发展和其他新兴学科知识的渗透而出现的仪器，近年来还出现了对被测过程或参数进行识别、计算、判断和控制等多功能的智能化仪器。 　　2.精密仪器的分类 　　按照测量对象的不同，精密仪器可以划分为以下几类： 　　①几何量精密仪器主要包括检测各种几何量的精密仪器，如立式测角仪（见图1-1）、激光干涉比长仪、经纬仪、三坐标测量机、圆度仪、轮廓仪和扫描隧道显微镜等测量仪器。 　　②热工量精密仪器主要包括温度、湿度、压力、流量检测精密仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计和高度表等。 　　③机械量精密仪器主要包括各种测力仪器、应变仪、加速度与速度测量仪、转矩测量仪（见图1-2）、振动测量仪、万能材料实验机（见图1-3）和布氏硬度计（见图1-4）等。

前言/序言

　　本书是根据“十一五”国防特色学科专业规划专著的大纲编写而成的，适用于仪器科学与技术一级学科，同时也可用于其他相关学科、专业。
　　在精密仪器的分析与应用领域，经常遇到被测量的特征信息不全或者观测到的数据较少，难以确定观测数据样本所服从的概率分布的小样本非统计分析、评估与处理等问题。例如，新型武器装备的破坏能力分析、火箭的发射与飞行实验及破坏性或毁灭性实验的结果评估等，由于实验的样品不能重复使用，导致可以采集到的观测数据很少；对于造价昂贵的材料或结构，如深空探测器、深海探测器或载人飞船等复杂系统，是很难进行大样本量或成批试验的；还有在机械制造中，由于受到测量的技术条件或制造成本的限制，不可能或没必要进行大样本测量，通常采用大批量生产而小批量抽检的手段进行质量控制。在这些情况下，一般很难获得大样本量，缺乏足够的观测数据，所以难以准确地判断与验证被测数据所服从的概率分布；对于观测数据的分析与处理也就很难使用基于大样本量和典型分布的经典统计学理论。这样一来就需要采用一些其他的理论或方法，以便尽可能多地了解并掌握观测系统的内在特性。
　　近年来，国内外关于特定分布下小样本问题的研究尽管已经取得了一些具有积极意义的阶段性成果，但是一般均要求观测数据的样本服从典型的概率分布，如正态分布等，因此尚不能够全面地解决精密仪器分析中的一些复杂问题。
　　本书的主要内容是以灰色系统理论、模糊集合理论、信息熵理论、贝叶斯理论和神经网络理论等为基础，研究精密仪器小样本非统计分析评估与数据处理中的具体问题，尤其是针对一般精密仪器中不宜采用统计方法分析的一些关键技术进行分析研究。其主要特点在于：一是以精密仪器为研究对象，采用小样本非统计分析的方法进行研究，并与经典统计学的研究结果进行比较；二是在精密仪器的分析研究中，允许观测数据的概率分布是非典型的或未知的，并且样本的个数可以很少；三是兼顾精密仪器的理论分析、实验研究与工程应用并重。

好的，下面是针对您所提供的书名《仪器科学与技术：精密仪器的小样本非统计分析原理》所创作的一份不包含该书内容的图书简介。这份简介将着重于其他相关或互补的领域，以避免与原书主题重叠。 图书简介：现代光学传感器的设计与制造：从理论到实践 书籍信息： 书名： 现代光学传感器的设计与制造：从理论到实践 作者： [此处可填充虚构作者名，例如：李明，王芳] 出版社： [此处可填充虚构出版社名，例如：精密工程出版社] 预计页数： 约 650 页 内容概要 本书全面深入地探讨了现代光学传感器的设计、制造、表征与应用。在当今科技飞速发展的时代，光学传感技术已成为环境监测、工业过程控制、生物医学诊断以及航空航天等领域不可或缺的核心技术。本书旨在为读者提供一个从基础光学原理到复杂系统集成的完整知识框架，重点关注如何将理论模型转化为高性能的实际工程产品。 本书结构严谨，内容涵盖了光学传感器的基本分类、关键元件的选择与优化、系统集成与封装技术，以及在真实世界环境下的性能评估。它不仅详细阐述了传统的光学测量方法，如干涉测量、光栅衍射等，更着重介绍了前沿的微纳光学器件在传感器中的应用，以及新型光源和探测器技术对传感器性能的提升作用。 核心章节内容详解 第一部分：光学传感器的基础理论与分类 本部分为后续内容奠定坚实的基础。首先，我们回顾了电磁波与物质相互作用的基本定律，特别是光在介质中的传播特性、吸收、散射和折射现象。随后，对现代光学传感器的工作原理进行了系统性的分类，主要包括： 1. 基于光强变化的传感器： 如光电二极管、光敏电阻阵列在光照强度监测中的应用，详细分析了信号的线性化与漂移补偿技术。 2. 基于光波特性的传感器： 深入讨论了相位、频率、偏振态等参数在测量中的应用，例如光纤陀螺仪和基于布拉格光纤光栅（FBG）的传感器网络。 3. 基于光谱特性的传感器： 重点阐述了吸收光谱、发射光谱和拉曼散射在化学成分分析中的应用，包括傅里叶变换红外（FTIR）光谱传感器的设计考量。 第二部分：关键光学元件的选型与优化 传感器的性能高度依赖于其核心光学元件的质量和匹配性。本部分将聚焦于如何根据特定的测量任务来选择和优化这些元件： 光源技术： 对比了半导体激光器（如VCSEL、DFB 激光器）、LEDs 以及高亮度白光源在功率稳定性、光谱纯度和寿命方面的优劣，并探讨了如何进行光源的驱动与调制。 光学系统设计： 采用几何光学和物理光学的联合方法，详细讲解了透镜组的设计原则、光束整形技术（如Zernike多项式在像差校正中的应用）以及如何使用商业光学设计软件（如Zemax/Code V）进行系统优化。 探测器技术： 对比了CCD、CMOS 图像传感器、APD（雪崩光电二极管）和光电倍增管（PMT）的噪声特性、响应速度和量子效率，并指导读者如何进行最佳匹配选择。 第三部分：微纳光学与集成化制造工艺 随着微电子技术的发展，光学传感器的小型化和集成化成为重要的发展方向。本部分探讨了如何将传统光学系统转化为基于微加工技术的集成化模块： 微纳光学器件的原理与制造： 详细介绍了光子晶体、衍射光学元件（DOE）和微透镜阵列的原理。重点讨论了光刻、湿法刻蚀、干法刻蚀（RIE）以及薄膜沉积技术在制造高精度光学结构中的应用。 硅基光子学（SiPh）在传感器中的集成： 阐述了如何在硅基芯片上构建波导、耦合器和调制器，实现光学系统的平面化集成，从而大幅降低体积和成本。 先进封装与对准技术： 讨论了高精度光纤-芯片耦合、腔体封装中的热管理挑战以及如何实现亚微米级的元件对准。 第四部分：信号调理、数据处理与系统标定 一个完整的光学传感器系统需要高效的电子接口和可靠的标定流程。本部分转向了系统的电气和软件层面： 低噪声电子学设计： 探讨了光电流、光电压信号的放大电路设计，包括跨阻放大器（TIA）的选择、噪声抑制技术和模数转换（ADC）的性能要求。 实时数据处理与算法： 介绍了数字信号处理（DSP）在补偿环境漂移、实现复杂算法（如相位解调、图像增强）中的应用。 系统级标定与溯源： 强调了在建立测量标准方面的严谨性。详细说明了如何利用标准参考源对传感器进行线性化、温度补偿和长期稳定性评估，确保测量的准确性和可信度。 适合读者 本书内容深度适中，兼顾理论深度与工程实践性，非常适合： 光学工程、仪器科学、电子工程及物理学等相关专业的高年级本科生和研究生。 从事光学仪器、精密测量、医疗诊断设备、光通信等领域研发工作的工程师和技术人员。 希望系统了解现代光学传感技术发展趋势的研究人员。 通过阅读本书，读者将能够掌握设计、优化并制造出具有高精度、高灵敏度和高可靠性的现代光学传感器的全流程知识体系。

评分☆☆☆☆☆

作为一个多年来沉浸在精密仪器研发领域的老兵，最近有幸拜读了《仪器科学与技术：精密仪器的小样本非统计分析原理》这本书，着实感到耳目一新，受益匪浅。过去，我们在处理实验数据时，往往习惯于依赖大样本统计分析，期望通过大量数据来逼近真值。然而，在许多尖端精密仪器研发的早期阶段，或者在成本高昂、操作难度极大的实验环境下，获取足够大的样本量是极其困难的。这本书恰恰直击了这个痛点，它系统地介绍了在小样本条件下，如何运用非统计的分析方法来揭示精密仪器的内在规律和性能。 书中对许多经典的小样本分析理论进行了深入浅出的阐述，并结合了大量仪器科学领域的实际案例。比如，在分析传感器噪声特性时，传统的统计方法可能需要几十甚至上百组数据才能得出相对可靠的噪声模型。而这本书提供了一种思路，通过对噪声信号的波形特征、功率谱密度在特定频段的形态进行细致的刻画，即使只有几组代表性的数据，也能初步判断噪声的来源和类型，从而指导后续的优化设计。这一点对于那些追求极致精度、对微弱信号敏感的仪器尤为重要。它让我们意识到，即使数据有限，我们依然可以从信号的“质”而非仅仅是“量”上下功夫，挖掘出隐藏在数据背后的信息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于它提供了一种全新的视角来看待精密仪器的分析问题，尤其是在当前许多前沿科学研究和高技术领域，获取大规模数据的难度越来越大的背景下。书中对“基于机理的模型”和“数据驱动模型”的有机结合，让我看到了未来仪器分析的新方向。它强调了理解仪器工作原理的重要性，即使数据量很小，如果能基于其物理机理来构建模型，往往比单纯的统计拟合更有意义。 让我印象深刻的是，书中对于“不确定性传播”的分析，在小样本情况下，如何量化和管理测量结果的不确定性。作者提出了一种结合“专家经验”和“少量实验数据”来评估不确定度的方法，这对于那些追求极高测量精度，同时又面临数据匮乏的科研项目来说，无疑是雪中送炭。它让我们意识到，即使没有足够的数据来执行严格的统计误差分析，我们依然可以通过一些巧妙的方法来评估和控制测量的可靠性，从而做出更符合实际需求的判断。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它不像许多教科书那样枯燥乏味，而是充满了作者对精密仪器研究的热情和深刻洞察。阅读过程中，我仿佛置身于一个充满智慧的实验室，与作者一同探索着那些隐藏在微观世界里的奥秘。书中对于一些概念的引入，比如“信息熵”在评估仪器信息传递效率时的应用，或者“模式识别”在故障诊断中的巧妙运用，都给我留下了深刻的印象。作者并非简单地罗列公式和定理，而是着重强调这些理论方法背后的物理意义和工程直觉。 尤其令我赞赏的是，书中并没有回避一些实际工程中遇到的难题。例如，在设计高精度测量系统时，由于实验条件的限制，我们很难获得足够多的“标准”测量值来校准仪器。这本书提供了一种基于“专家知识”和“经验判断”来辅助校准的思路，通过分析少量已知数据点与理论预期之间的偏差，并结合工程师的经验来修正模型参数。这种“以智补数”的方法，在许多依赖人工经验的精密仪器领域具有极高的参考价值，它鼓励我们在数据不足的情况下，充分发挥主观能动性和专业知识，来克服客观的局限。

评分☆☆☆☆☆

我一直对仪器背后的数学原理和分析方法很感兴趣，但很多时候，接触到的分析工具都依赖于大量数据。这本书的出现，仿佛为我打开了一扇新的窗户。它讲解的“基于物理模型的分析方法”和“定性分析与定量分析相结合”的思路，让我对精密仪器的理解上升到了一个新的高度。书中提到的“特征提取”在小样本分析中的重要性，以及如何利用少量的实验数据来构建有效的模型，这一点对我启发很大。 例如，在分析某个新型光学传感器的响应特性时，我们通常会遇到样本量不足的问题。这本书中介绍的“相似性分析”方法，可以借鉴同类已成熟传感器的特性曲线，通过对关键特征点的比对，即使只有少量数据，也能大致预测新传感器的性能范围，并为进一步的优化提供方向。这种“以类比代统计”的思想，在某些情况下比传统的统计推断更为高效和直观。而且，书中对“非统计”概念的界定和应用，让我意识到，许多看似“主观”的分析，一旦有了严谨的理论支撑，也能发挥出强大的力量。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《仪器科学与技术：精密仪器的小样本非统计分析原理》的过程中，我最大的感受是，它颠覆了我以往对数据分析的一些固有认知。过去，我们总觉得“数据越多越好”，而这本书则强调了在数据有限的情况下，如何更有效地“利用好每一份数据”。书中对“信息论”在仪器分析中的应用，比如如何评估仪器在特定条件下能够传递多少有效信息，让我耳目一新。 特别是书中关于“鲁棒性分析”的部分，在小样本情况下，如何设计出能够抵御各种干扰和不确定性的仪器，这给我带来了深刻的思考。作者通过一些具体的例子，展示了如何通过分析仪器的关键参数在各种极端条件下的表现，即使只有有限的测试数据，也能初步判断其设计的鲁棒性。这种“在不确定性中寻找确定性”的思维方式，对于提升精密仪器在复杂工作环境下的可靠性，具有极高的指导意义。它让我们学会了如何在信息不完全的情况下，做出更明智的工程决策。