動態校準、動態測試與動態測量的辨析針對動態校準、動態測試和動態測量等概念進行了全面解析和討論，分別從對象、目標、用途、結果及形式、本質、前提條件幾個維度進行區分和辨析，討論了它們的共同點和差異，可用于區分實際工作的具體性質。同時對動態特性指標的使用方法也作了明確說明。本文可有效區分所述工作是屬于校準、測試還是一般性測量。0引言動態是近年來計量測試行業里的熱點研究方向之一，其熱度僅次于量子化自然基準的研究，而其難度與復雜性則絲毫不亞于量子化自然基準。一是由于其大量應用場景是復雜多變的活動現場，而非嚴格規范和控制環境條件的實驗室;二是因為一些量子化自然基準也在朝動態方向發展。動態是從靜態發展變化而來的，主要是表述量值、狀態或物理現象產生了隨時間流逝而出現的變化。與動態相關的諸多問題最具爭議和最令人無所適從之處在于，并非所有隨時間流逝而變化的狀態都被認定為動態。因為物質世界處于永恒的運動之中，動是絕對的、永恒的，而靜則是相對的、有條件的。為何一些有變化的現象被稱為靜態，而另外一些則被稱為動態，其最主要原因是主觀評價尺度不同。例如：電池雖有緩慢放電過程，但其輸出電壓被認為是靜態而非動態;直流電源雖有紋波和噪聲，其輸出電壓被認為是靜態而非動態;而超低頻振動，周期雖然達到上千秒，卻仍被認為是動態。通常，人們在認定動態與否時，內心深處是存在“狀態”這個概念與尺度的，它實際上是一個量值波動的尺度或尺度區間。在同一個“狀態”尺度內的變化，未產生“狀態”的變動，多半不被認定為動態，一旦變動超出原有“狀態”的界限，跑到另外一個“狀態”當中，出現了不同“狀態”間的“狀態切換”，由此產生的變化很容易被認定為“動態”，即“狀態”出現了“變動”。另外，人們在認定量值時，也存在本征量值和外界干擾的先期認知，認為本征量值是靜態時，其中由干擾導致的變化與波動使得測量結果出現變化，當這些變化足夠小時也通常不被認定為動態。當人們對測量對象的特性完全未知或很不完善時，很難簡單判定其本征狀態到底是變化的還是恒定的，由此也導致了動態判定的困難與混亂。動態的認定通常兼顧了兩個條件：現象量值變動的差值和量值變動的速率。變化速率快但變動幅度特別微小的量值，其變化通常不被認定為動態，而被歸結為噪聲。變動量值較大，但變化速率極為緩慢，通常也不被認定為動態，而歸結為漂移。只有量值變化足夠大、且變化速率足夠快的現象才被認定為動態現象。判定動態與否的量值幅度大小以及變化速率快慢在不同專業、不同問題、不同準確度等級的表述中差異巨大，并無統一一致的客觀標準，這也是動態問題的復雜性之一。通常，人們在表述物理現象時，根據變化的劇烈、規范與否等程度，又有描述緩慢變化的“準靜態”，表述平滑而周期性變化的“穩態”，以及存在階躍跳變的“瞬態”等不同狀態。其中，“準靜態”在很多情況下被當作靜態來考慮，“瞬態”是無可爭議的動態，呈周期變化的“穩態”究竟歸結為哪一類，尚有不同觀點和意見。引入上述“狀態”及“尺度區間”的概念后，將很容易判定。在同一個狀態尺度區間內的穩態變化，可不被認定為動態。超出一個狀態尺度區間的穩態變化應該被認定為動態。因為它所產生的問題，以及對測量的要求與靜態是截然不同的。從上述討論可見，盡管今天人們在實際工作中討論動態問題的觀點、視角、方式、方法有所不同，有時域、頻域、值域、信息域、變換域等等理念，但其定義的本質僅僅來源于時域，來源于量值的時變特征，來源于量值變化是本征還是干擾的判定。在計量行業，圍繞著動態存在著很多概念，如動態測試、動態校準、動態測量等等，它們既有聯系，又有差異。但它們的確切含義如何，如何區別這些不同的提法與概念，一直眾說紛紜，本文后續內容，將從多個角度，對它們的含義予以辨析和討論。1基本概念及討論按照國際上通行的術語，測量就是以確定（被測量對象的）量值為目的一組操作。測量是通過實驗獲得一個或多個量值，由此對量合理賦值的過程。測試是對給定的產品、材料、設備、生物體、物理現象、過程或服務按規定程序確定的一種或多種特性的技術操作。測試也可以說是測量和試驗的綜合。校準是在規定條件下，為確定測量器具或測量系統所指示的量值，與對應的由測量標準所復現的量值之間關系的一組操作。檢驗是對產品的一種或多種特性進行測量、檢查、試驗或度量，并將其結果與規定的要求進行比較以確定是否合格的活動。檢驗通常特指生產過程中的行為，以控制工序、工件的質量或出廠時的產品質量。校驗是對出廠后的產品或系統的一種或多種特性進行測量、檢查、試驗或度量，并將其結果與規定的要求進行比較以確定是否合格的活動。校驗通常特指使用過程中的行為，以控制產品的性能和功能是否符合要求。檢定是提供客觀證據證明一個給定項目滿足規定的要求。項目可以是測量系統、測量標準、檢測設備或裝備等。規定要求可以是滿足制造廠的技術規范，也可以是滿足裝備的使用要求等。將它們按照各自的特征統一列表如表1所示。分別從作用對象、最終目標、用途、結果形式、實質、條件幾方面進行比較闡述。從表1可見，測量的關注對象僅僅是量值，而并不太關注量值的載體。同一量值可來自不同載體對象;條件不同時，同一載體對象可以表現出不同量值。測量的最終目標也是量值本身。其實質是通過將待測量值與已知標準相比較最終定量確定和表述待測物理量值的過程和操作，結果形式是帶有不確定度（或誤差限）的測量結果值，常用于描述和比較不同量值，其隱含的前提是被測量值通常是未知的。測量不適用于標稱屬性，測量有對量的比較和總體統計的含義，測量預示了對量的一種描述，它與測量結果的預期用途、測量程序和一個根據指定測量條件與測量程序運行的校準測量系統相應。被測量對象稱為被測量（或測量量、待測物理量），由測量確定的被測量值的估計值被稱為測量結果（或稱為測量值），被測量希望確定的實際（客觀）量值被稱為被測量的真值。測試的關注對象主要是量值載體，內涵最為龐雜，包括物體、現象、過程、服務等等。測試的最終目標是獲得這些量值載體的特性和特征。它們既有本征特性，也有激勵響應特性;既有計量特性，也包括非計量特性。測試的實質是確定被測對象的極值特性或條件極值特性。因而，孤立的量值結果說明不了任何問題，一定是附帶著完整測試條件的一個范圍才能基本展現待測目標的一種特性。測試的結果形式是測試報告，常用于極限特性（或者條件極值特性）的獲取、故障診斷定位等。其隱含的前提是被測特性或特征通常是未知的。測試性是產品能及時、準確地確定其狀態（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內部故障的一種設計特性。校準和檢定所關注的對象僅限于計量器具，最終目標都是計量特性，且計量特性均屬于已知情況，此外，檢定還已知其計量特性的合格判據。非計量器具或計量器具的非計量特性，沒有檢定和校準的提法。在計量器具的計量特性處于未知狀態，首次對其計量特性進行定值的操作也應屬于測試，而非校準或檢定。因為此時其計量特性尚屬未知，不存在“校準”或“檢定”的前提。校準的實質是對計量器具的計量特性進行重新賦值。包括本征特性和激勵響應特性，也包括完整的校準條件要求，沒有明確校準條件的校準結果，沒有任何使用價值。校準以校準證書方式給出帶不確定度的校準結果，用于對計量特性進行重新確認。校準的第一步是得到校準值，第二步是利用校準值獲得修正值或修正因子。即由測量標準提供的量值被校儀器示值的校準值，校準值與示值之差是被校儀器示值的修正值，校準值與示值之比是被校儀器示值的修正因子。有時校準只有上述第一步。校準結果可以記錄在校準證書或校準報告中，給出校準值（包括校準函數、校準圖、校準曲線或校準表格），也可以給出修正值或修正因子。由于測量標準提供的量值是有不確定度的，因此，校準值、修正值或修正因子也是具有不確定度的。在一些場合稱校準為定度或標校。檢定的實質是重新確定計量器具的全部計量特性合格與否，以檢定證書形式給出結果和結論。檢定的依據一定是檢定規程和檢定系統表（或量值傳遞關系圖），兩者缺一不可。計量檢定要依據檢定規程或經審批的相關技術文件。檢定結果應對給定項目做出合格或不合格的結論。檢定包括將被檢項目的示值與對應的測量標準所復現的量值進行比較得到示值誤差，然后再將示值誤差與規定的要求進行比較，做出是否合格的結論。當被檢項目與測量標準的測量不確定度比滿足一定要求時，合格評定時可以忽略測量不確定度的影響，此時當示值誤差小于規定要求時為合格;否則要考慮測量不確定度，即根據示值誤差的絕對值加測量不確定度后是否小于規定要求來判定其是否合格。經檢定，全部合格的裝備和檢測設備發給檢定證書;部分合格且滿足裝備和檢測設備使用要求的，發給檢定證書并注明限用范圍;檢定不合格的裝備和檢測設備通知送檢單位。在對裝備或檢測設備的檢定中，檢定還包括對裝備或檢測設備的功能檢查、貼檢定狀態標識等。檢定是查明和確認計量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。檢定通常是進行量值傳遞、保證量值準確一致的重要措施。校準和檢定的主要區別：校準不具有法制性，是企業自愿溯源行為;檢定則具有法制性，屬計量管理范疇的執法行為。校準主要確定測量儀器的示值誤差;檢定則是對其計量特性及技術要求的全面評定。校準的依據是校準規范、校準方法，通常應作統一規定，有時也可自行制定;檢定的依據則是檢定規程和檢定系統表（或量值傳遞關系圖）。校準通常不判斷測量儀器合格與否，必要時可確定其某一性能是否符合預期要求;檢定則必須做出合格與否的結論。校準結果通常是出具校準證書或校準報告;檢定結果則是合格的發檢定證書，不合格的發不合格通知書。檢驗和校驗關注的對象主要是產品（商品），包括計量器具和非計量器具。其目標是產品的質量特性與特征，也包含計量特性（若有時）和非計量特性。其前提條件是產品的質量特性與特征及合格準則均已知。檢驗的實質是出廠前確認產品質量是否符合要求，用于判定產品質量是否合格。或者零部件加工過程中本工序加工質量是否符合工藝規程要求，以便確認是否可進入后續工藝過程。校驗的實質是在出廠以后確認產品或系統功能與性能是否符合使用要求，用于判定產品能否正常使用。在美國軍用標準里，還有一類操作被稱為診斷，且有相應的診斷設備。其實質上屬于我國稱為校驗的操作，診斷設備主要指校驗器等專用測試設備。表1所述六種概念的操作共同點：①都是用已知衡量未知;②所用的計量標準是準確的，且測量結果中計量標準所帶來的誤差是少量的或可以忽略的。核查是按事先規定的方法，對核查標準進行經常性的重復測量，通過數據分析對測量結果進行質量控制的一種手段。與前述六種概念都不同，核查不是計量溯源或量值傳遞的手段，僅僅是被核查量值質量穩定性控制的手段，屬于輔助計量手段。兩次檢定或校準間隔內進行的核查稱期間核查。計量是實現單位統一、保障量值準確可靠的活動。計量學是關于測量及其應用的科學，它涵蓋測量理論和實踐的各個方面，而不論測量的不確定度如何，也不論測量是在哪個領域中進行。2動態問題2.1基本概念關于動態的幾個概念，可以從上述定義中抽象和推衍出。關于動態測量，俄國學者有兩種定義：一種認為“動態測量是在物理量變化過程中對其進行的測量”。另一種認為“測量時測量器具是在動態下使用的，這樣的測量被理解為動態測量”。也就是說，“動態是以測量器具輸出變化信號為特征的”。雖然整個組合測量器具中只有一部分的狀態是動態的，但這個組合測量器具（裝置或系統）的狀態也認為是動態的。在闡述動態問題時，認為動態是一個矢量，動態的完整表述應該是矢量表述。動態測量的結果表征應該為函數表征或曲線表征。可以認為，動態測量是以確定量值隨時間變化為目的的一組操作。也可以簡單地認為動態測量即是量值隨時間變化的波形測量與表述。動態測試是確定給定對象的本征動態特性極限或動態激勵響應特性極限的一組操作。可以是一個或多個動態特性參量的測試，以一個或多個特征參量方式表征測試結果。特征參量可以是極限參量或條件極限參量，對于每一個參量的極限，通常會有上下兩個極限值。動態校準可以認為是確定計量器具示值動態變化極限特性的一組操作，并以校準結果方式給其動態變化極限特性重新賦值，也稱動態特性校準或動態計量。2.2動態特性指標的使用在動態測量中，人們最關心的是所測信號的波形是否穩定、真實，牽涉到動態校準所獲得的動態特性指標的使用問題。通常，對于動態波形測量儀器設備而言，其最重要的動態特性指標包括其測量通道的頻帶寬度，或其階躍響應過渡時間（階躍上升時間）。其次是采樣速率和A/D位數。對于動態波形激勵源（信號源）而言，其最重要的動態特性指標包括其輸出信號的頻率范圍（或信號帶寬），或波形上升時間。在一般的波形測量中，均要用到波形測量儀器設備和動態信號源。實際上，每一次人們所獲得的波形測量結果均是信號源動態特性與波形測量設備動態特性共同作用的結果。當對未知動態信號波形進行測量時，為保證測量儀器設備的動態特性對所測量波形的影響很小（或可忽略），通常要求測量儀器設備的頻帶寬度要大于被測波形信號帶寬的3倍以上;對信號源進行動態校準時，要求5倍以上，若還要保證波形失真足夠小，往往要求10倍以上。若以上升時間衡量，則通常要求測量儀器設備的上升時間小于被測波形上升時間的1/3，且最快的階躍上升沿中，采樣點數不小于20點。這樣的要求，可保證所測波形主要體現的是被測對象自身的信息。當上述要求不能滿足時，所測波形實際上是被測對象與測量儀器設備共同作用的結果，會造成測量失真。反之，若被測動態信號的上升時間小于測量儀器設備階躍響應上升時間的