22-EFT.WP.Metrology.Instrument v1.0 | 第9章 环境与漂移（温湿/EMC/老化）

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第9章 环境与漂移（温湿/EMC/老化）

一句话目标：以统一的计量口径刻画与治理温湿度、EMC 与老化对仪器参数的漂移与不确定度贡献，给出可重复的标定、修正与监测流程，并与 tau_mono/ts、corr_env(x; RefCond)、manifest.instrument.env.* 对齐发布。

I. 范围与对象

1. 范围
   • 温湿度与介质环境：T, RH, P，热时常 tau_th，结露安全边界。
   • 电磁环境：传导/辐射耦合，近远场 E/B，地回路与屏蔽。
   • 老化与寿命：初期漂移、对数型/线性漂移、加速因子。
2. 对象
   仪器核心指标的环境敏感度：gain, offset, Fs, noise, ENOB, PSF/ImpResp，以及时间基 offset/skew/J。
3. 产出
   参考条件 RefCond = {T0, RH0, P0}，环境系数与交互项，emc_susceptibility，老化模型与保守界，manifest.instrument.env.*。

II. 名词与变量

• 环境量：T（K）、RH（%）、P（Pa）、E_inc（V/m）、B_inc（A/m）。
• 系数：TC_x = ( 1 / x ) * ( dx / dT )，HC_x = ( 1 / x ) * ( dx / dRH )，XC_x（交互项对 T·RH），gamma_EMC（对 E_inc 耦合系数）。
• 老化：k_age（ppm/kh），AF_arr（加速因子），Ea（J），k_B（J/K），t_use（h）。
• 热学：tau_th（s），P_diss（W），C_th（J/K）。
• 修正函数：corr_env(x; RefCond)。
• 不确定度：u(x), U = k * u_c。
• 时基：tau_mono, ts, offset, skew, J。

III. 公设 P709-*

• P709-1（参考条件显式）：所有发布值均以 RefCond={T0,RH0,P0} 归一，并随附 unit/dim 与修正规则。
• P709-2（时基统一）：环境量在 tau_mono 对齐，环境修正与漂移估计统一在 tau_mono 上计算、于 ts 发布。
• P709-3（可交换的修正顺序）：在小扰动近似下，T/RH 线性修正与时间漂移项可交换，交换误差计入 u(x)。
• P709-4（EMC 首先不耦合）：默认假设 EMC 对指标的耦合为线性小信号，强非线性情形需单列模型与证据。
• P709-5（结露保护）：T_die - T_dew ≥ margin_min 为强制契约；不满足时数据降级或拒绝发布。
• P709-6（老化模型可追溯）：任何老化修正都需声明模型族、训练区间与 AF_arr 推演口径。
• P709-7（依赖闭包）：corr_env 所需的环境/工况字段必须在清单中闭包且可追溯。

IV. 最小方程 S709-*

• S709-1（线性环境修正一阶）
  x_corr = x_raw * ( 1 - TC_x * ( T - T0 ) - HC_x * ( RH - RH0 ) ) - k_cross * ( T - T0 ) * ( RH - RH0 )。
• S709-2（EMC 耦合模型）
  x_obs = x_true + gamma_E * E_inc + gamma_B * B_inc + gamma_line * V_line，其中 gamma_* 为标定得到的传递系数。
• S709-3（老化模型族）
  线性漂移：x(t) = x0 * ( 1 + k_age * t )；
  对数漂移：x(t) = x0 * ( 1 + k_log * log( 1 + t / t0 ) )；
  Arrhenius 加速：AF_arr = exp( Ea / k_B * ( 1 / T_use - 1 / T_stress ) )，映射到实用寿命 t_use = t_stress * AF_arr。
• S709-4（热时常的动态修正）
  d T_die / dt = ( T_amb - T_die ) / tau_th + P_diss / C_th；
  运行时使用 T_die_hat 替代 T_amb 进入 corr_env。
• S709-5（不确定度合成）
  u^2( x_corr ) = ( ∂x/∂T )^2 * u^2(T) + ( ∂x/∂RH )^2 * u^2(RH) + u^2(model) + u^2(aging)，U = k * u_c。
• S709-6（到达时一致性复述）
  若环境影响 n_eff 或传播路径，仍需并行计算
  T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) 与 T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )，记录 delta_form。

V. 计量流程 M70-9（环境建模→修正→监测→发布）

1. 实验设计与就绪
   定义 RefCond，选择 T/RH/P 扫描范围与步进，指定 EMC 测试型式（传导/辐射，频段/电平），规划寿命应力点与 AF_arr。
2. 扫描与标定
   • 执行温湿度矩阵采样，获取 x_raw(T,RH)；拟合 TC_x/HC_x/k_cross；记录残差与 u(model)。
   • 进行 EMC 注入或暗室辐照，测 gamma_E/gamma_B/gamma_line 与频率响应。
3. 热时常识别
   阶跃或功耗扫描，拟合 tau_th，构建 T_die_hat 估计器。
4. 老化表征
   在应力温度 T_stress 下做加速寿命，拟合 k_age 或 k_log，换算到 T_use。
5. 运行时修正
   对齐 T/RH/P/E_inc 到 tau_mono，用 T_die_hat 驱动 corr_env；对强干扰段标注降级或剔除。
6. 监测与回归
   按窗口 Delta_t 监测 drift_level/drift_slope；触发阈值时重标定或更新系数。
7. 落盘与签名
   生成 manifest.instrument.env.*：RefCond、系数、模型族、EMC 结果、老化参数、U、测试覆盖度与签名。

VI. 契约与断言 C70-9*

• C70-91 env.range：T ∈ [T_min,T_max], RH ∈ [RH_min,RH_max]，P 在声明范围内。
• C70-92 dew.margin：T_die - T_dew ≥ margin_min。
• C70-93 tempco.bound：|TC_x| ≤ tc_max；|HC_x| ≤ rhc_max；|k_cross| ≤ kc_max。
• C70-94 emc.immunity：在指定频段与电平下，|x_obs - x_true| ≤ emc_tol，或 emc_fail_rate ≤ p_fail_max。
• C70-95 aging.rate：|k_age| ≤ aging_max 或 |k_log| ≤ klog_max，且 AF_arr 估计链条齐全。
• C70-96 u.budget：U(x_corr) ≤ U_max。
• C70-97 time.align：环境量相对测量数据的对齐误差 ≤ eps_align（在 tau_mono）。
• C70-98 arrival.forms：若涉时到达，delta_form ≤ tol_Tarr。
• C70-99 dim.check：check_dim(all)=true。

VII. 实现绑定 I70-9*（接口原型）

• measure_env_coeffs(ds, plan) -> {TC_x, HC_x, k_cross, u_model}
• identify_thermal_constant(ds, power_trace) -> {tau_th, T_die_estimator}
• apply_env_correction(ds, coeffs, T_die_hat, RefCond) -> ds'
• inject_emc_and_measure(instr, profile) -> susceptibility_report
• fit_aging_model(history, model_spec) -> {k_age|k_log, AF_arr, U}
• monitor_env_drift(stream, windows) -> {drift_level, drift_slope, alerts}
• assert_env_contracts(ds, rules) -> report
• emit_env_manifest(results, policy) -> manifest.instrument.env

不变量：RefCond 唯一；系数与模型的训练数据与版本可追溯；环境量时间对齐与度量单位一致；修正链条不破坏 pk/TraceID；失败路径可回滚。

VIII. 交叉引用

• 时基抖动与温度依赖：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》第6–8章。
• 同步链路对电磁与环境的鲁棒：见《EFT.WP.Metrology.Sync v1.0》第7、12章。
• 环境修正记账与清洗契约：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》第7、12章。
• 成像噪声的温度/固定图样依赖：见《EFT.WP.Methods.Imaging v1.0》第7–8章。

IX. 质量度量与风控

• SLI/SLO
  tempco_ppm_per_C_p95, rhco_ppm_per_%RH_p95, emc_suscept_dB_p95, aging_ppm_per_kh, dew_margin_min, U_xcorr_p95。
• 漂移与告警
  drift_level, drift_slope，以 Delta_t 窗口评估；超过阈值触发重标定或降级发布。
• 回退策略
  锁定 RefCond、停用交互项、降带宽或提升屏蔽等级、切换冗余仪器、延长平均窗口，保留审计轨与再现脚本。

小结