Lineariteettivirheitä

Lineariteettivirheitä kuvaavat poikkeamat mittauslaitteen vasteen ja ideellisen lineaarisen suhteen välillä. Ne ilmentävät sitä, ettei syötteen ja vasteen välinen muutos ole täsmälleen suora; poikkeamat voivat kasvaa tai pienentyä mittausalueen eri kohdissa. Lineariteettivirheitä voidaan pitää järjestelmän epälineaarisuuden mittauksena, erottamatta sattumanvaraisia kohinavaikutuksia.

Tyypillisiä konteksteja ovat analogiset mittarit, anturit ja ADC-laitteet. Erityisesti digitaalisissa muuntimissa (ADCs) lineaarisuus jaetaan usein kahteen suureen: integroitu lineaarisuus INL ja erotus- eli DNL-virhe. INL mittaa suurimman poikkeaman koko mittauskäyrästä suhteessa parhaaseen lineaariseen tulkintaan; DNL mittaa yksittäisen askeleen mittauskokoeron poikkeamaa. Lisäksi voidaan olla offset-virhe ja gain-virhe. Ulkoiset tekijät kuten lämpötila, ikääntyminen, rajoitukset kaistanleveydessä tai saturaatio voivat aiheuttaa lineariteettivirheitä.

Lineaarisuus voidaan ottaa huomioon kalibroinnilla ja jälkikorjauksilla. Kalibroinnissa mitataan vaste standardisarjoilla ja rakennetaan korjaussuhde, kuten polynominen malli tai look-up-taulukko. Käytännössä voidaan soveltaa piecewise-linearisointia tai dynaamisen kompensaation algoritmeja. Mitä paremmin laite on kalibroitu ja mitä laajempi on lineaarisuus, sitä pienempi lineariteettivirheitä voidaan saavuttaa.

Lineariteettivirheiden tunteminen on tärkeää mittaustarkkuuden ja epävarmuuden arvioinnissa sekä laitteiston valinnassa. Ne vaikuttavat sekä systemaattiseen epävarmuuteen että käytännön sovellusten suorituskykyyn. Tiettyjä tehtäviä varten lineariteettivirheitä pyritään minimoimaan paremmilla komponentteilla ja läpinäkyvällä kalibroinnilla.