22-EFT.WP.Metrology.Instrument v1.0 | 前言

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前言

I. 写作目的与适用场景

• 统一仪器计量、校准与不确定度发布口径，覆盖台式/嵌入/在役三类场景，支撑研发、生产测试与运营监控的端到端闭环。
• 将测量函数、不确定度预算与证书发布标准化，与时基、同步、清洗、成像等卷协同，形成从前端采集到可审计发布的完整链路。
• 面向需要“可追溯、可重现、可审计”的工程交付：型式评价、生产放行、在役比对、跨站点一致化与合规模板化。

II. 读者与阅读路径

1. 目标读者：计量/测试工程师、实验室负责人、数据与算法工程师、质量与合规负责人。
2. 推荐阅读路径：
   • 第2章（建模基线）→ 第4章（量程与动态范围）→ 第6章（噪声与灵敏度）→ 第10章（溯源与证书）
   • 在役监控与运维：第8章（时基对齐）→ 第14章（SLO 与面板）
   • 跨仪器一致化：第12章（交叉比对）→ 附录E（不确定度传播）
3. 交叉卷参考：见《Metrology.TimeBase v1.0》《Metrology.Sync v1.0》《Methods.Cleaning v1.0》《Methods.Imaging v1.0》。

III. 范围、对象与依赖

• 对象：电/光/声/RF/微波与多模态复合仪器的信号链（AFE/ADC/DAC/光电转换/射频链）。
• 输入：设备/通道配置、参考与标准器信息、环境与工况、校准与测量原始记录。
• 输出：标定参数、测量结果、u_c 与 U = k * u_c、证书与 manifest.instrument.*、合规与契约评估报告。
• 依赖与接口：时基/同步（tau_mono, ts, offset/skew/J）、到达时两口径、数据清洗契约、成像链 PSF/OTF/MTF 的映射。

IV. 方法学基线与统一口径

1. 量纲与单位：所有进入方程的字段声明 unit(x) 与 dim(x)，发布前执行 check_dim(expr)。
2. 不确定度：采用 GUM 口径，给出合成标准不确定度 u_c 与覆盖不确定度 U = k * u_c；相关项通过雅可比传播 u_c^2 = J * Sigma * J^T。
3. 量化与分辨率：LSB = FS / 2^N，量化噪声 u_q = LSB / sqrt(12)；ENOB、SNR、SFDR 按统一定义。
4. 噪声与带宽：明确 S_n(f)、窗函数与等效噪声带宽 ENBW，能量关系 ( ∫ |H(f)|^2 S_n(f) df ) = Vn_rms^2。
5. 到达时两口径（跨卷统一示例）：
   • 常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • 一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )
   • 清单需记录两口径差 delta_form 并断言 delta_form ≤ tol_Tarr。
6. 编号体系：公设 P70x-*，最小方程 S70x-*，计量流程 M70-*，实现绑定 I70-*，契约 C70-*。

V. 关键概念与统一符号（节选）

• 信号链与分辨率：FS, LSB, N, ENOB, SNR, SFDR, INL, DNL。
• 噪声与响应：S_n(f), ENBW, H(f), BW_3dB, RBW, VBW, Vn_rms。
• 不确定度与传播：u(x), u_c, U = k * u_c, J, Sigma。
• 时基与到达时：tau_mono, ts, offset/skew/J, T_arr, gamma(ell), delta_form。
• 环境与修正：RefCond, corr_env(x; RefCond), aging_rate。
• 追溯与证书：TraceID, certificate.id, signature, TUR。

VI. 产出物、合规模板与审计

1. 产出物：
   • 标定与测量报告：标定曲线/查表、u_c/U、合格性判定与护带策略。
   • 证书与清单：emit_certificate(...) 与 manifest.instrument.*，包含 device.*、results.*、unc.*、contracts.*、signature。
   • 运行面板：SLO/SLI 指标（availability, latency_ms_p99, drift 等）与告警策略。
2. 合规与审计：
   • 契约断言 assert_instrument_contract：唯一性、量纲、到达时两口径差、线性度/噪声/带宽门限、证书覆盖因子。
   • 审计轨：TraceID 贯穿样机/标准器/数据/证书；文件级 hash_sha256(blob) 与签名。

VII. 版本、变更与兼容性

• 版本策略：语义化版本，破坏性变更需在附录F登记并提供迁移指引。
• 兼容性约束：接口 I70-* 后向兼容优先；当量纲或计量口径更新时，需发布 compat_map 与再标定建议窗口。
• 追溯闭环：任何变更影响 U 或合格性判定，必须触发再签名与再发布。

VIII. 文档结构与跨卷引用

1. 结构：第1–7章覆盖信号链核心模型；第8–12章面向时基、环境、比对与一致化；第13–15章聚焦接口、SLO 与用例；附录给出接口、契约、清单、指标与不确定度传播。
2. 跨卷引用固定写法（示例）：
   • 时基映射：见《Metrology.TimeBase v1.0》第5章 S/T/I。
   • 同步伺服：见《Metrology.Sync v1.0》第6章。
   • 清洗契约与发布：见《Methods.Cleaning v1.0》第10章。
   • 成像映射（PSF/OTF/MTF）：见《Methods.Imaging v1.0》第5章。

IX. 出厂条件（Ready-to-Release Criteria）

1. 必备断言同时成立：
   • check_dim(all) = true
   • U = k * u_c 已计算且 k 明示
   • 线性度、噪声、带宽、时基抖动满足 C70-* 门限
   • 到达时两口径差满足 delta_form ≤ tol_Tarr
   • 证书与 manifest.instrument.* 已签名，TraceID 闭环可追溯
2. 发布动作：freeze_release_certificate(certificate, tag) -> manifest.instrument，并登记审计日志与面板基线。

小结