试论间接测量与软测量概念的同异性叶齐鑫�赵伟(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘�要�在简介间接测量和软测量概念基础上,分析了两者的共同点,并对其含义上的差异做了详细比较。结论认为,间接测量与软测量虽在概念上有一致之处,但在时代背景、用户需求、技术条件和发展前景等方面,软测量具有不同于间接测量的鲜明特征,是信息时代测量技术发展的一个重要方向。关键词�间接测量;软测量;计量学;计算机;软件;差别0�引言随着现代工业生产中对控制、运行和管理等方面要求的不断提高,相应对测量的要求也越来越高。解决工业生产过程的测量要求的传统思路是研制新型的过程测量仪表,以硬件的形式实现对参数的直接在线测量。而随着信息技术的发展,新的思路则是利用易于获取的其他测量信息,通过比较复杂甚至是相当复杂的计算来完成对被检测量的估计。这通常是利用功能强大的计算机,以软件的方式来实现。近年来在许多工业生产的过程控制和检测领域出现的一种新技术���软测量技术,正是这一思想的集中反映[1]。目前,软测量的概念已经为人们广泛使用。然而,究竟什么是软测量?它和传统意义上人们所说的间接测量有什么区别?这些都是值得探讨的问题。文献[1]指出:众所周知,在工业在线测量过程中,很多参数无法通过检测仪表进行直接检测,必须通过软测量(亦称间接测量)来获得。!可见,文献[1]的作者认为软测量和间接测量是一个概念的两种不同说法。那究竟是否如此呢?本文试通过给出比较经典的实例对两个概念加以比较和分析,并在此基础上,论述它们的一致与差别。1�间接测量的概念和实例测量属于计量学的范畴。计量学的基本名词有国际标准。1984年,国际计量局、国际电工委员会、国际标准化组织及国际法制计量组织等联合制定了∀国际通用计量学基本名词#标准[2],并于1993年对该标准做了全面修订。根据这个国际标准,测量的概念是:以确定量值为目的的一组操作!。间接测量是一种测量方法,其概念为:通过对与被测的量有函数关系的其他量的测量,得到被测量值的测量方法!。值得注意的是间接测量法定义中函数关系!这四个字。设x,y都是变量或是多个变量构成的向量,函数关系是指对定义域中每一个x,都有一个唯一确定的y与之对应,记作:y=f(x)。函数关系是一种确定的映射关系。下面举几个典型的例子来说明间接测量(法)的含义。1)通过测量液柱的高度来得到压力值[2]。所用公式为p=�gl。这里,实际观测到的量是液柱的高度l,而液体密度�和重力加速度g已知,通过公式计算即可得到压力p。2)通过测导体材料的电阻值和几何参数来得到电阻率。先测出某种导体材料的实验样品在某一固定温度下的电阻R、截面积S和长度l,再利用公式�=RS/l,从而得到这种材料在该温度下的电阻率。3)用单摆测重力加速度。先测出单摆的长度L、单摆的周期T,再依据公式g=4�2L/T2计算出当地的重力加速度。上述这三个例子的共同特点是:都因为缺乏现实性而未能直接去测量欲测参数的量值,而是通过测出一些相关的量值,再利用它们之间确定的关系,经计算得到欲测参数的量值。值得一提的是,这些值都是在一定外界条件下测得的。如说明例2)中的电阻率时,要指出导体样本所处的某一特定环境温度。�测量与设备�计量技术2005�No8∃19�∃2�软测量的概念和实例在软测量的概念形成之前,软测量技术的原理和思想就早已被人们有意或无意地应用了[3]。如在实际中人们早就使用体积式流量计,利用温度、压力等信号作为补偿,通过计算来实现在线测量气体的质量流量。而20世纪70年代Brosillow等人提出的推断控制策略,至今仍可视为软测量思想在过程控制中应用的一个范例[4-7]。直到20世纪80年代中后期,软测量才作为一个概括性的科学术语被提出。从此,它就进入了快速发展时期。1992年,著名过程控制专家T�J�Macvoy在向国际自动控制联合会举办的国际会议提交的报告中指出,软测量技术将是今后过程控制的几个主要发展方向之一[8]。关于软测量的概念,目前尚没有国际标准。一般认为,软测量就是选择与被估计变量(亦称主导变量)相关的一组可测变量(称作辅助变量),并构造某种以辅助变量为输入、主导变量为输出的数学模型,用计算机软件实现对主导变量的估计的测量方法...
