專利名稱：一種自動判斷傳感器的校準時間的方法
一種自動判斷傳感器的校準時間的方法
技術領域：
本發明涉及測試設備中傳感器的自校準和確定傳感器校準時間的方法。
背景技術：
目前各種自動測試設備中或多或少都用到了一些傳感器。傳感器是一種檢測裝 置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他 所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現
自動檢測和自動控制的首要環節。其中多數測試設備中的傳感器的測量值直接用來判決測 試結果，對于傳感器的精度和性能需要保持某種程度的穩定性。 —般按照計量標準要求，測試設備的關鍵器件包括傳感器需要根據具體的使用情 況進行校準，但沒有一個統一的要求，要用戶自己確定校準時間。校準時間主要取決于傳感 器本身精度和穩定度、設備要求精度誤差范圍等。校準時要將傳感器從設備上拆下來，然后 送交專業的校準機構進行校準。現在的這種操作方法存在以下缺陷 1)無法正確進行校準的判決，確定什么時候應該送校。很多情況下，傳感器的漂移 和穩定度變化都會比較小，校準一次很長時間都可以滿足測試的精度要求。但是使用過程 中無法判斷其精度的變化情況，如果按照設備的推薦周期簡單的定期校準，不是時間過短 就是周期過長，過短的話，既浪費資金，又會降低了測試設備的使用率，周期過長則會影響 測量結果； 2)現在的測試設備集成度都比較高，每次校準都要把傳感器拆下來送校，非專業 人員操作很容易造成人為的損壞； 3)大多數的傳感器需要進行精確的調整，校準一般在相對獨立的環境進行的，校 準完畢安裝到設備上后，傳感器信號經常受到設備自身電氣信號的干擾，會造成一些單純 的傳感器校準無法解決的誤差； 4)按照使用經驗確定校準時間，缺乏客觀的數據依據，比如使用頻度靠人工記錄 無法保證準確度，統計也不方便，傳感器具體的精度誤差無法方便的進行測量確認等等。
發明內容
本發明根據測試設備的校準要求，提出一種測試設備自動判斷設備中傳感器的校 準時間的方法。通過監控傳感器的穩定度狀態，給出最佳的校準時間，同時也可以在一定范 圍內自動糾正傳感器的精度誤差，實現設備自校準，滿足測試的要求，避免過度頻繁的校準 操作，提高設備的利用率，節省校準費用，避免設備頻繁拆裝加速設備老化，降低意外損傷 的風險。 本發明首先提供一種對傳感器進行在線自校準的方法。自校準的依據是傳感器都 有靜態特性，即對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。可用一 個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出 的特性曲線來描述，一般用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線。傳感器的校準一般
3就對其特性曲線進行檢定，使用標準輸入確定其輸出誤差，并確定是否在預期的允差范圍 之內，得出標稱值的偏差，從而調整測量器具或對示值加以修正，確保測量器給出的量值準 確，實現溯源性。 根據上述傳感器的特性和校準的原理，在測試設備中根據預先定義的特性曲線對 傳感器進行自校準，步驟如下 1)在設備軟件中預定義可以描述傳感器特性曲線的代數方程；
2)在設備人中設置自校準的取樣次數和采樣點的標準值； 3)在傳感器的工作范圍內，按照第2步的設置，使用標準物質對傳感器輸入設定 值，比如使用標準砝碼對壓力傳感器施加標準的壓力； 4)軟件在每個采樣點對傳感器的輸出進行采樣并記錄，并計算輸出值和標準值的 誤差； 5)達到設置的采樣次數以后，軟件使用每次采樣的標準值和輸出值以及誤差值， 根據預定義的代數方程，生成傳感器實際的特性曲線。具體的計算方法可以用最小二乘法 生成擬合直線，也可以簡單的用兩組采樣值確定一條擬合直線； 6)軟件記錄第5步所得到的擬合直線作為校準曲線，作為測試設備測試過程中的 測量輸出使用，完成傳感器的自校準； 7)軟件根據生成的校準曲線計算各個采樣點標準值對應的輸出值，并計算實際輸
出值和校準曲線的計算輸出值的百分比誤差，保存下來在確定校準時間時使用。 結合上述自校準的過程，本發明根據校準的相關要求，利用設備自校準產生的數
據監控傳感器的誤差范圍和變化，結合設備的精度和穩定度要求，給出一種確定傳感器最
佳的校準時間的方法。具體方法如下 1)在設備中設置傳感器百分比允差范圍和自校準周期兩個參數；
2)設備按照自校準周期進行自校準，軟件自動記錄各個采樣點的誤差；
3)由人工通過設備操作界面給軟件下達確定校準時間指令； 4)首先，軟件調用最近三次的自校準數據中各采樣點誤差百分比，與允差范圍比 較，如果一半以上的采樣點連續3次都超出了允差范圍，則判定傳感器需要立即校準，校準 判斷結束，否則繼續執行步驟5 ; 5)軟件計算最后3次自校準時各個采樣點的誤差變化率，按照平均變化率估算下 次校準的誤差，如果一半以上的采樣點估算誤差超出了允差范圍，則判定傳感器需要在下 個自校準周期內進行校準，校準判斷結束，否則繼續執行步驟6 ; 6)繪制各個采樣點歷次自校準的誤差變化曲線，供人工判斷誤差變化趨勢，決定 校準時間，校準時間確定過程結束。
本發明所要解決的技術問題是
現有的傳感器校準的時機無法準確判斷，單純的定期校準容易造成校準過頻或者 過少。而且現在的校準方法一般需要將傳感器從原設備拆下，無法做到原位校準，不能很好 的避免設備本身對測量精度的影響。
有益效果
本發明所述的校準時間確定方法，不僅可以監控傳感器的精度變化情況，判斷其 穩定度，及時給出最佳的校準時間，而且實現了傳感器的自校準，在一定范圍內保證了測試精度。所用的方法依據傳感器的輸出特性設計，算法簡單，可以在測試設備的軟件中實現。
附圖1是本發明傳感器校準時間確定的方法流程圖；
附圖2是本發明的一種具體實施方式
的設備架構圖；
附圖3是本發明實施方式中壓力傳感器自校準方法流程圖；
附圖4是本發明實施方式中力傳感器的特性曲線；
附圖5是本發明實施方式中自校準曲線； 附圖6是本發明實施方式中傳感器的誤差變化曲線示意圖；具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不 用于限定本發明。
附圖1是本發明傳感器校準時間確定的方法流程圖，共包括以下步驟 步驟S101，在設備中設置傳感器百分比允差范圍和自校準周期； 步驟S102，設備按照自校準周期進行自校準，軟件自動記錄各個采樣點的誤差； 步驟S103，由人工通過設備操作界面給軟件下達確定校準時間指令； 步驟S104，首先軟件將最近三次的自校準數據中各采樣點誤差與允差范圍比較，
如果一半以上的采樣點連續3次都超出了允差范圍，則判定傳感器需要立即校準，校準判
斷結束，否則繼續執行步驟S105 ; 步驟S105，軟件計算最后3次自校準時各個采樣點的誤差變化率，按照平均變化 率估算下次校準的誤差，如果一半以上的采樣點估算誤差超出了允差范圍，則判定傳感器 需要在下個自校準周期內進行校準，校準判斷結束，否則繼續執行步驟S106 ;
步驟S106，繪制各個采樣點歷次自校準的誤差變化曲線，供人工判斷誤差變化趨 勢，決定校準時間，校準時間確定過程結束。 附圖2為本發明的一種實施方式的設備架構示意圖，所用傳感器為壓力傳感器， 其特性曲線使用函數f(X) 二V二WX+b描述。其中V為傳感器的輸出值(測量的顯示力 值)，X為輸入值(標準力值)，a為校準因子，b為校準誤差因子。設備包括受力單元201， 傳感器202，傳感器輸出測量單元203，設備軟件204及顯示和控制單元205共五個部分。
受力單元201與傳感器202在結構上固定在一起，作為受力面直接承受外力并將 力傳導給傳感器202 ; 傳感器202將收到的作用力轉換為電信號輸出給傳感器輸出測量單元203 ;
傳感器輸出測量單元203接收傳感器202的電信號，并測量電信號的具體值，傳遞 給自校軟件204 ; 設備軟件204完成傳感器自校準過程和校準時間的確定過程，并將自校準結果和 判定的校準時間在顯示和控制單元205上顯示輸出 顯示和控制單元205給操作人員提供一個方便的輸入和顯示界面。
附圖3是本發明實施例中自校準方法流程圖，共包括以下步驟
步驟S301，在設備人中設置自校準的采樣次數為兩次，并設置兩次采樣點的標準 輸入值XI和X2 ; 步驟S302，使用標準砝碼等標準物質，通過受力單元201對傳感器施加一個標準 力XI，； 步驟S303，設備軟件讀取傳感器輸出測量單元203的測量輸出，記錄為VI ;
步驟S304，設備軟件記錄XI和VI，完成一次采樣記錄； 步驟S305，設備軟件判斷是否已經采樣記錄了兩次測試參數，如果已經達到兩次， 則轉到步驟S306，否則轉到步驟S301，并將下一組標準力和測量值分別記錄為X2和V2 ;
步驟S306，設備軟件將(XI， VI)和(X2， V2)代入預定義的特性曲線函數f (X)= V = WX+b，求解得到a， b兩個函數因子，從而得到傳感器的校準曲線，供測試測量使用；
步驟S307，軟件根據生成的校準曲線計算2個采樣點標準值對應的輸出值VI'和 V2'，并計算2個采樣點的誤差W1 = (Vl' -X1)/X1和W2 = (V2' -X2)/X2，保存下來在確定 校準時間時使用。 附圖4是本發明實施方式中力傳感器的特性曲線，力傳感器的特性曲線在理想情 況下即圖4所示的線性曲線，輸出和受力的大小成正比。 附圖5是本發明實施方式中自校準曲線，通過至少兩次標準力測試取樣，自校軟 件計算繪制傳感器的實際特性曲線，即自校準曲線。圖5的曲線與圖4的理想曲線相比已 經有了一定的漂移，擬合直線的斜率也有了變化，測量軟件在實際的測量過程中使用此曲 線來消除測試的數據誤差。 附圖6是本發明實施方式中傳感器的穩定度變化曲線示意圖，即采樣點多次自校 準的誤差變化情況。圖中最后連續3次的誤差連續3次超出設備允差了，這是可以判定傳 感器已經不能穩定工作，需要重新送到計量機構進行校準。 由上述的技術方案可見，本發明的力傳感器校準時間確定方法，只需要利用標準
物質在軟件的輔助下，可以根據歷次自校準的數據判斷傳感器的穩定度，選擇最佳的校準
時間，同時在一定精度范圍內實現傳感器的自校準，使傳感器可以滿足測試設備的精度要
求，避免頻繁的外送校準。本方法簡單可行，不僅適用于力傳感器的自校準和校準時間判
斷，而且通過預定義特性曲線函數，也適用于其他的傳感器。本方法不會對現有設備的結構
和設計造成任何影響，只需要修改軟件的實現即可，具有很大的靈活性和實用性。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，在不背離本發
明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和
變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種確定測試設備中傳感器的校準時間的方法，用于使用傳感器進行測試的測試設備確定進行傳感器校準的時間，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、在設備中設置傳感器百分比允差范圍和自校準周期；B、設備按照自校準周期進行自校準，軟件自動記錄各個采樣點的誤差；C、由人工通過設備操作界面給軟件下達確定校準時間指令；D、首先軟件將最近三次的自校準數據中各采樣點誤差與允差范圍比較，如果一半以上的采樣點連續3次都超出了允差范圍，則判定傳感器需要立即校準，校準判斷結束，否則繼續執行步驟E；E、軟件計算最后3次自校準時各個采樣點的誤差變化率，按照平均變化率估算下次校準的誤差，如果一半以上的采樣點估算誤差超出了允差范圍，則判定傳感器需要在下個自校準周期內進行校準，校準判斷結束，否則繼續執行步驟G；G、繪制各個采樣點歷次自校準的誤差變化曲線，供人工判斷誤差變化趨勢，決定校準時間，校準時間確定過程結束。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對傳感器需要進行定期的自校準。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述自校準操作包括以下步驟51、 在設備軟件中預定義可以描述傳感器特性曲線的代數方程；52、 在設備人中設置自校準的取樣次數和采樣點的標準值；53、 在傳感器的工作范圍內，按照步驟S2的設置，使用標準物質對傳感器輸入設定值， 比如使用標準砝碼對壓力傳感器施加標準的壓力；54、 軟件在每個采樣點對傳感器的輸出進行采樣并記錄，并計算輸出值和標準值的誤差；55、 達到設置的采樣次數以后，軟件使用每次采樣的標準值和輸出值以及誤差值，根據 預定義的代數方程，生成傳感器實際的特性曲線。具體的計算方法可以用最小二乘法生成 擬合直線，也可以簡單的用兩組采樣值確定一條擬合直線；56、 軟件記錄步驟S5所得到的擬合直線作為校準曲線，作為測試設備測試過程中的測量輸出使用，完成傳感器的自校準；57、 軟件根據生成的校準曲線計算各個采樣點標準值對應的輸出值，并計算實際輸出值和校準曲線的計算輸出值的百分比誤差，保存下來在確定校準時間時使用。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，測試設備使用的傳感器具 有確定的特性曲線。
5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，所使用的標準物質為經過 校準的標準物質。
全文摘要
本發明公開了一種實現測試設備中傳感器的校準時間確定的方法。本方法根據測試設備的校準要求設計，不僅可以監控傳感器的精度變化情況，判斷其穩定度，及時給出最佳的校準時間，而且實現了傳感器的自校準，在一定范圍內保證了測試精度，避免過度頻繁的校準操作，提高設備的利用率，節省校準費用。所用的方法依據傳感器的輸出特性設計，根據傳感器的特性曲線，利用標準物質，通過簡單的自校準過程實現傳感器的原位自校準和校準時間判斷，算法簡單，方便在測試設備的軟件中實現。
文檔編號G01D18/00GK101706294SQ20091005779
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者王蕓, 王蓉, 馬向利 申請人:上海優立通信技術有限公司