CN101657695A

CN101657695A - 校正装置及校正方法

Info

Publication number: CN101657695A
Application number: CN200780052133A
Authority: CN
Inventors: 彭钢; 黄锦通
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2010-02-24
Also published as: WO2008110036A1

Abstract

一种校正装置，包括测量单元(12)，获取被测对象的实测信息；存储单元(14)，存储校正实测信息的校正数据；校正单元(11)，根据校正数据对实测信息进行校正，形成校正结果。

Description

校正装置及校正方法

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种对实测信息校正的装置及校正方法。背景技术

在曰常生活及工业建设中，需要测量面与面之间的角度及面与水平面的垂直度，以及测量某些物体或对象的长度、压力、温度、气压、湿度、重量、高度、力等。而现有的测量装置例如角度测量装置采用电位器，以电位器的电位差信息对应待测对象的信息，并且可以将测量信息以电子形式存储、传输或显示给用户。但是这类测量装置的分辨率和测量精度往往由各种专用器件的精度决定，如专用高精度的编码器、倾角传感器或角度传感器、角位移传感器、霍尔元件或光耦等等，这些专用器件的价格从几十元到几千元不等，造成测量装置价格昂贵，不利于普及应用。而使用低分辨率或低测量精度器件的测量装置，其测量结果精度不高，测量结果易受环境影响，性能不理想。发明内容

本发明目的在于提供一种校正装置及校正方法。根据本发明，在采用普通电位器的测量装置基础上结合校正技术，可以实现高精度的测量， P争低了对电位器精度的要求，减少了测量装置制造成本。另外，本发明还可以同时实现对校正装置的标定，具有较高的实用性及精确度，易于推广使用。

本发明提出一种校正装置，包括测量单元，获取被测对象的实测信息；存储单元，存储校正实测信息的校正数据；校正单元，根据校正数据对实测信息进行校正，形成校正结果。其中校正数据包括标定值与相应的标定信息，多组校正数据形成校正数据表；校正装置对至少一实测信息进行至少一次校正，形成至少一校正结果。优选的，还包括用户接口单元，以向用户输出校正结果，还包括与校正单元连接的数据接口单元。

本发明还提出对测量的实测信息进行校正的方法，包括根据实测信息调取校正数据；根据实测信息和校正数据计算校正结果。其中校正数据包括第一标定信息和第一标定值，以及第二标定信息和第二标定值。而校正结果是第一标定值和校正值的和值；校正值是用实测信息和第一标定信息之差与第二标定信息和第一标定信息之差的比值，再乘以笫二标定值和第一标定值的差值获得。优选的，计算校正结果的公式为¾1= ( m2-ml ) * ( X-X1 ) / ( X2-X1 ) +ml , 其中 X为实测信息， XI和 X2分别为第一标定信息和第二标定信息， ml和 m2分别为第一标定值和第二标定值， M为校正结果。

本发明还提出一种校正装置的标定方法，包括预先设定至少一标定值；根据至少一标定值获得与其相对应的至少一实测信息，设定实测信息为标定信息；将至少一标定值和与其相对应的标定信息构成至少一组校正 t据。附图说明

图 1 是本发明第一实施例应用于角度测量装置的示意图；图 2是本发明第一实施例控制电路的示意图；

图 3是本发明第一实施例校正数据表的示意图；

图 4是本发明第一实施例测量过程的流程示意图；

图 5是本发明第一实施例的校正过程的流程示意图

图 6是本发明第一实施例的标定过程的流程示意图；

图 7是本发明第二实施例控制电路的示意图。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式

本发明第一实施例的校正装置应用于角度测量领域。参照图 1 , 示出了角度测量装置 100的示意图，该角度测量装置 100包括主体 1 和测量杆 2，测量杆 2可转动地连接在主体 1上，例如通过一个铰接轴 3相铰接。角度测量装置 100可以有自带电源，例如电池供电，也可外接电源供电。

所述角度测量装置 100中包括校正装置。参照图 2 , 示出本发明笫一实施例校正装置控制电路 101 的示意图，包括校正单元 11，其分别与测量单元 12和存储单元 14连接。

所述测量单元 12 可采用可变电阻作为线性电位器，可变电阻的电阻值根据角度测量装置 100的主体 1与测量杆 1之间的角度变化而变化；其中，主体 1和测量杆 2之间的角度对应于被测角度。测量单元 12将可变电阻的电阻值转换为实测电位值。

所述校正单元 11接收测量单元 12发送的与被测角度具有对应关系的实测电位值，经模-数转换形成对应的实测 AD值，再对该实测 AD值经校正后形成校正结果。

本实施例的角度测量装置 100还可包含用户接口单元 13 , 根据校正单元 11发出的输出校正结果的命令，向用户输出校正结果。用户接口单元 13可采用液晶屏、数字显示屏、蜂鸣器、喇叭、指示灯或指针中的一种或几种

本实施例的存储单元 14采用 EEPR0M或者 Flash Memory等可擦写存储介质，实现数据的非易失存储，该存储单元 14可以是独立的单元或集成在处理单元 11中。存储单元 14中存储一系列校正数据，这些校正数据形成校正数据表，校正数据表的示例如图 3所示，每笔校正数据都包括标定角度值及相应标定 AD值。

才艮据本实施例， _设相邻两个标定 AD值之间是线性关系，例如标定 AD值按照正比例关系随标定角度值变化而变化。但是，本发明值，即第一标定信息和第二标定信息。计算实测 AD值与标定 AD值之间的偏差，，根据两标定 AD值之间的关系，将该偏差换算成校正角度值 Δ m，校正角度值 Δ ra再结合标定 AD值相应标定角度值计算得出结果角度 M, 该结果角度 M即为校正结果；若实测 AD值超出校正数据表中标定 AD值的取值范围，则认为校正失败，将实测电位值 A转换为实测角度值 m, 形成校正失败的校正结果，输出实测角度值 m。

本实施例的角度测量装置 100的角度测量过程如图 4所示：

511 , 转动角度测量装置 100的测量杆 2使其与主体 1之间呈一被测角度；

512 , 产生与被测角度相应的电阻值，该电阻值转换为实测电位值 A;

S13，校正实测电位值 A以获得校正结果并输出。其中 S 13的校正过程如图 5所示：

5101 , 将获得的电位值 A转换为实测 AD值 X；

5102 , 查询校正数据表，调取与实测 AD值 X相近的校正数据；

5103 , 若实测 AD值 X超出校正数据表中标定 AD值的数据范围，则进行 S105 , 形成并返回查询错误信息如 "FAILURE" , 进行 S106; 若找到与实测 AD值 X相近的两个标定 AD值 XI和 X2 , 即第一标定信息和第二标定信息，则进行 S104 , 返回标定 AD值 XI、标定 AD值 X2和与其对应的标定角度值 ml和 m2 (即第一标定值和第二标定值），进行 S106;

S106 , 接收返回的信息，如果返回信息包含数字形式的标定 AD 值则进行 S107 , 否则进行 S108;

S107 , 依照校正公式（ 1 ), 据标定 AD值 XI和 X2及其对应的标定角度值 ml和 m2计算得出校正角度值 A m, 即校正值；依照校正公式（ 2 ), 根据校正角度值 Δ m和标定角度值 ml计算得出结果角度 M 作为校正结果，进行 S109;

5108 ,将实测电位值 A转换为实测角度值 ni, 生成如 "校正失败，实测角度为 m" 的校正结果，进行 S109;

5109 , 向用户接口单元 13发出输出校正结果的命令，该命令包含校正结果，回到角度测量流程，校正流程结束。上述校正流程中 S107使用的校正公式（1 ) 为:

△ m = ( m2-ml ) * ( X-Xl ) I ( X2-X1 ) /U UUY / 00 08 校正公式（ 2 ) 为

M = Am + ml (2)

XKX2, 而 ml和 m2为与 XI和 X2相应的标定角度值， ml<m2。而 Am是计算获得的校正角度值，将 Διη与较小的标定角度值 ml相加，即获得结果角度 M。

当然也可以用以下校正公式（ 3 ):

△ m = ( m2-ml ) * ( X2-X ) I ( X2-X1 ) (3) 和校正公式（4):

M = m2 - Διη ( 4 ) 亦可得出结果角度 Μ。本实施例还可以采用其他等效变换的公式，如校正公式（5): M= ((m2-ml ) * ( X-Xl ) / ( X2-X1 ) ) + ml (5) 以下举一具体例子说明本实施例的角度测量流程：

假设将角度测量装置 100的测量杆 2转动到与主体 1呈一被测角度，可变电阻产生与该被测角度相应的电阻值，转换为实测电位值 A。实测电位值 A经校正单元 11的模数变换后产生相应的实测 AD值 X , X为 5936; 校正单元 11向存储单元 14查询标定 AD值与 X相近的两笔校正数据，得到返回的校正数据如下：

其中较小的标定 AD值 XI为 5901, 相应的标定角度值 ml为 53.1° , 较大的标定 AD值 X2为 6002,相应的标定角度值 m2为 54.0。；根据上述校正公式 ( 1 )和校正公式 ( 2 )计算： Διη= (54. 0° -53. 1。 ) * ( 5936-5901 ) / (6002-5901) « 0. 312 M=0. 312。 +53. 1° =53. 412。

得出结果角度 M为 53. 412。。再假设测量杆 2转动到与主体 1呈另一被测角度，产生相应的实测电位值 A，，该电位值 A，经校正单元 11的模数变换后得到相应的实测 AD值 X，为 20000, 校正单元 11向存储单元 14查询标定 AD值与 X，相近的两笔校正数据，得到返回的校正数据如下：

实测 AD值 X' 与其中一标定 AD值 X2相等，都为 20000, 根据上述校正公式（ 1 )和校正公式（ 1 )计算：

Am' = ( 180. 0° -179. 1° ) * ( 20000-19906 ) / ( 20000-19906 ) = 0. 9°

M， = 0. 9° + 179. 1。 = 180. 0°

得出结果角度 M，为 180. 0° 。还假设将测量杆 2转动到与主体 1呈又一被测角度，产生相应的实测电位值 A" , 该电位值 A" 经校正单元 11的模数变换后得到相应的实测 AD值 X，'，为 20300, 校正单元 11向存储单元 14查询标定 AD值与 X" 最接近的两笔校正数据，经查询发现 X" 超出校正数据表中标定 AD值的数据范围，即被测角度超出校正范围，则返回查询错误信息 "FAILURES校正单元 11在返回信息中找不到有效的 AD值，认为校正失败，则将实测电位值 A转换为实测角度值 m, 生成如 "校正失败，实测角度为 m" 的校正结果，向用户提示该被测角度超出本实施例校正装置的校正范围，无法进行校正。上述校正流程中与实测 AD值 X相近的两个标定 AD值可以是在校正数据表中，与实测 AD值 X最接近的两个标定 AD值，也可以是与实测 AD值 X比较接近的两个标定 AD值；当然也可以一个标定 AD值与实测 AD值相等，另一个标定 AD值是与实测 AD值比较接近的标定 AD值。例如当实测 AD值 X为 5936时，标定 AD值可以是与 5936最接近的 5901和 6002 , 也可以是与 5936比较接近的 6002和 6110; 当实测 AD值 X为 20000时，标定 AD值可以是 20000和 19906 , 也可以是 19800和 19906 , 根据测量精度与实际情况选择具体的查询规则。

上述校正流程中 , 是直接在存储单元 14中调取与实测 AD值 X相近的两个标定 AD值 XI和 X2返回给校正单元 11。而在实际应用中也可将校正数据表分为多个数据段，例如标定 AD值每增加约 1000就分为一段，或每 20笔校正数据分为一段。校正单元 11根据实测 AD值 X向存储单元 14发出查询命令，调取标定 AD值的取值范围包括实测 AD值 X的部分校正数据，返回这一段校正数据，校正单元 11将再次查询这一段校正数据，找出与实测 AD值 X相近的两个标定 AD值。

才艮据上述方案，校正流程中 S102到 S107部分应变为：

5202 , 查询校正数据表，调取标定 AD值的取值范围包括实测 AD 值 X的部分校正数据；

5203 , 若实测 AD值 X超出校正数据表中标定 AD值的数据范围，则进行 S105 , 形成并返回查询错误信息如 "FAILURE" , 进行 S106; 若找到标定 AD值取值范围包括实测 AD值 X的部分校正数据表，则进行 S204，返回该部分校正数据表，进行 S106;

S206 , 接收返回的信息，如果返回信息包含数字形式的 AD值则进行 S207 , 否则执行 S208;

S207 , 调取该部分校正数据中与实测 AD值 X相近的两个标定 AD 值 XI和 X2; 根据校正公式（1 )计算得出校正角度值 Δ ΙΏ; 根据校正公式（2 )计算得出结果角度 Μ, 进行 S109。上述存储单元 14中存储的校正数据表是通过标定过程产生的，标定过程的原理是：预先设定多个已知的标定角度值，本实施例的校正装置的测量单元 12对各标定角度值分別产生相应的电阻值，转换为标定电位值；校正单元 11接收各标定电位值并转换为相应的 )值，该 AD值即标定 AD值；将标定角度值与对的标定 AD值构成一笔校正数据存储在存储单元 14中。上述标定过程包括预先设定至少一标定角度值；根据所述至少一标定角度值获得相对应的实测信息，设定该实测信息为标定信息；将至少一标定角度值和与其相对应的标定信息构成至少一组校正数据。其中，预先设定标定角度值，或预先设定采样角度范围和预设采样角度个数，根据采样角度个数和采样角度范围可计算得出各采样角度的标定角度值。可使用驱动装置如步进电机驱动校正装置，使步进电机与校正装置的测量单元 12连接，步进电机驱动测量单元 12的可变电阻产生与各标定角度值相应的标定电阻值。

具体标定流程参见图 6, 包括：

531 , 测量单元 12与步进电机相连；

532, 根据预设的标定角度值设定步进电机的步进角度间隔；

533, 驱动测量单元对标定角度值产生标定电阻值；

534, 根据标定电阻值获取对应的标定电位值；

535 , 将标定电位值转换为标定 AD值，和相应的标定角度值存入存储单元 14的校正数据表中；

536, 判断标定过程完成否，若对所有预设标定角度值都进行了标定，则标定流程结束，否则回到 S33, 驱动测量单元对下一标定角度值产生标定电阻值，继续标定。

在本实施例中设定标定范围为 0. 0° ~ 180. 0° , 在该范围内取 201个标定角度值，各标定角度值依次递增 0. 9° , 对应步进电机的步进角度间隔为 0. 9° , 即每驱动测量单元 12转动一次，标定角度值就增加 0. 9° 。结合图 6 , 从标定角度值为 0. 0° 开始，对标定角度值产生标定 AD值为 0，存入校正数据表，回到 S33，驱动测量单元 12转动到 0. 9° ,对标定角度值产生标定 AD值为 98,存入校正数据表，回到 S33, 再驱动测量单元 12转动到 1. 8° , 产生标定 AD值为 203，存入校正数据表，回到 S33…一如此循环进行直到标定角度值达到 180. 0。，产生标定 AD值为 20000，存入校正数据表后，经判断发现标定角度值达到预定的标定范围，则结束标定过程。

根据测量单元 12的个体差异，上述标定过程对每一标定角度值取得的标定 AD值不一定相同，应对每一个校正装置分别进行上述标定过程。另外，根据校正装置的精度要求和实际条件，可采用多种标定方案，例如可设定更大或更小的步进角度间隔，如 0. Γ 或 1. 5。等；可设定更多或更少的标定角度值，如 100个或 800个，标定后的校正装置实现的测量精度和准确率也不同。

上述标定方法采用步进电机作为电位器驱动装置，步进电机带动校正装置所在的角度测量装置 100的测量杆 2绕铰接轴 3旋转，使测量杆 2与主体 1之间产生角度，步进电机每步进一次，就驱动测量杆 2转动一个角度。上述标定方法也可对校正装置的可变电阻单独进行校正过程，一次性自动取得多组校正数据，在实际生产中方便快捷，可用于大批量生产。根据实际条件，也可采用其他驱动装置或其他方案，使校正装置对多个标定角度值进行标定，得出校正数据。

上述角度测量装置还可采用其他机械结构，并不局限于主体 1 和测量杆 2 , 主体 1与测量杆 2通过铰接轴 3相铰接，测量杆 2可绕铰接轴 3旋转，与主体 1形成角度的结构；测量单元 12也不限于安装在铰接轴 3中，还可安装在角度测量装置的其他位置。上述校正装置的控制电路也可采用其他元器件或电路结构来实现，不局限于上述实施例所述的方案。

本实施例的校正装置的校正范围由角度测量装置的测量范围和校正装置的标定范围决定，角度测量装置机械结构的改变及标定范围的设定可实现对 0. 0° ~ 90. 0° 、 0. 0° - 185° 、甚至 0. 0° ~ 360° 范围内角度的测量和校正。本实施例中采用的校正机制用于在角度测量装置的测量单元精度不高的情况下，对测得的实测信息进行校正以获得高精度及高准确度的校正结果，实现以普通器件完成高精度、高准确度角度测量的目的。本实施例预先对校正装置进行标定，形成校正数据表存储在存储单元 14中，用校正数据表中的校正数据对实测 AD值进行校正，形成精度更高，更为准确的校正结果。基于上述实施例提出第二实施例的校正装置，该校正装置应用于角度测量领域，校正装置包括校正单元 11 , 其分别与测量单元 12、用户接口单元 13和存储单元 14连接。

本实施例在存储单元 14中存储结果数据 ,多笔校正结果可形成结果数据表。用户使用角度测量装置进行至少一次测量，得到至少一个校正结果分别存入存储单元 14中，在测量完成后，调出存储的校正结果进行统一处理。

为配合结果数据的存储、维护和调用，本实施例的用户接口单元 13设置相应的显示器件和发声器件，向用户输出校正结果。

如图 6所示，本实施例的角度测量装置还包括设置单元 15 , 用于接收用户对角度测量装置的设置信息并发送给校正单元 11。设置单元 15包括按键、旋钮、键盘、拨动开关和滑块等器件中的一种或几种，用户设置的信息包括控制校正结果的存储、整理、删除或调用、显示校正结果的精确度、用户接口单元的音量、用户接口单元 13显示校正结果的方式、显示保持时间和角度测量装置的电源开关中的一种或多种。

如图 1所示，设置单元 15还可以包括调零按键 151供用户调零。用户将角度测量装置的主体 1和测量杆 2并拢形成 0. 0° 角度，确认此时的实测角度值为 0. 0° ，根据该调零信息可实现对角度测量装置的调零。

此外，本实施例还可以包括低电检测单元，其分别与电源单元和校正单元 11连接，用于检测电源并向校正单元 11发出预警信号，保证角度测量装置正常工作。

本实施例还可以包括数据接口单元，该单元由所述校正单元控制，以连接外部数据处理设备进行数据交换。实现从外部数据处理设备导入校正数据表，或将上述结果数据表导出到外部数据处理设备中，供用户通过外部数据处理设备调用处理。外部数据处理设备包括个人电脑、工程计算机、便携电脑和手持智能设备等。

为使本实施例的角度测量装置更具实用性，可设置水平、竖直测量器件。如图 1所示，在主体 1或测量杆 2上设置水平水泡腔体 1B2 和竖直水泡腔体 1B3 , 水平水泡腔体 1B2用于安放水平水泡組件，竖直水泡腔体 1B3用于安放竖直水泡组件。本实施例的角度测量装置还可以设置包括水平、温度、湿度等多种测量单元。上述第一、第二实施例实现对角度的测量和校正，本发明的校正装置和校正方法还可应用于多种测量装置，实现对长度、高度、温度、压力、重量等多种测量数据的校正。

在此提出本发明的第三实施例，提供校正装置应用于长度测量领域，长度测量装置包括主体和测量头，测量头可移动地连接在主体 1上，例如通过拉线连接，测量头带动拉线运动，拉线长度对应于测量对象的长度。

长度测量装置中包括校正装置，校正装置控制电路与第一实施例类似，包括校正单元，其分别与测量单元和存储单元连接。其可以有自带电源，例如电池供电，也可外接电源供电。

所述测量单元可采用可变电阻作为线性电位器，可变电阻的电阻值根据长度测量装置的拉线长度变化而变化，其中，拉线长度对应于被测对象长度。测量单元将可变电阻的电阻值转换为实测电位值。

所述校正单元接收测量单元发送的与被测对象长度具有对应关系的实测电位值，经模-数转换形成对应的实测 AD值；再对该实测 AD值经校正后形成校正结果。

上述校正单元对实测 AD值的校正需结合存储单元的校正数据进行，本实施例的存储单元与第一实施例的存储单元 14类似，在存储单元中存储一系列校正数据，包括标定长度值及相应标定 AD值。

校正机制与第一实施例类似，认为相邻两个标定 AD值之间是线性关系，例如标定 AD值按照正比例关系随标定长度值变化而变化。从校正数据表中找出与实测 AD值相近的两标定 AD值，计算实测 AD 值与标定 AD值之间的偏差，根据两标定 AD值之间的线性关系，将该偏差换算成校正长度值 Δ ηι, 校正长度值 Δ m再结合标定 AD值相应标定长度值计算得出结果长度 M作为校正结果；若实测 AD值超出校正数据表中标定 AD值的取值范围，则认为校正失败，将实测电位值 A 转换为实测长度值 m作为校正结果。

本实施例的长度测量过程、校正过程以及标定方法与第一实施例类似，只是本实施例应用于长度的测量和测量数据的校正，在此故不赘述。

本实施例的校正装置和校正方法的校正范围由长度测量装置的测量范围和校正装置的标定范围决定。以上所述仅为本发明的优选实施例 ,并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

权利要求书

1. 一种校正装置，包括：

测量单元，获取被测对象的实测信息；

存储单元，存储校正实测信息的校正数据；

校正单元，根据校正数据对实测信息进行校正，形成校正结果。
2. 才据权利要求 1所述的校正装置，其特征在于，所述校正数据包括标定值与相应的标定信息，多组校正数据形成校正数据表。
3. 根据权利要求 1或 2所述的校正装置，其特征在于，所述校正装置对至少一实测信息进行至少一次校正 , 形成至少一校正结果。
4. 根据权利要求 1或 2所述的校正装置，其特征在于，还包括用户接口单元，以向用户输出所述校正结果。
5. 根据权利要求 1或 2所述的校正装置，其特征在于，还包括与校正单元连接的数据接口单元。
6. 对测量的实测信息进行校正的方法，包括：

根据所述实测信息调取校正数据；

根据实测信息和校正数据计算校正结果。
7. 根据权利要求 6所述的校正方法，其特征在于，所述校正数据包括第一标定信息和第一标定值，以及第二标定信息和第二标定值。
8. 根据权利要求 7所述的校正方法，其特征在于，所述校正结果是所述笫一标定值和校正值的和值；所述校正值是用所述实测信息和第一标定信息之差与第二标定信息和第一标定信息之差的比值，再乘以第二标定值和第一标定值的差值获得。
9. 根据权利要求 7所述的校正方法，其特征在于，所述计算校正结果的公式为 M= ( ffl2-ml ) * ( X-Xl ) I ( X2-X1 ) +ml，其中 X为实测信息， XI和 X2分别为第一标定信息和第二标定信息， ml和 m2分别为第一标定值和笫二标定值， M为校正结果。
10. 一种校正装置的标定方法，包括：

预先设定至少一标定值；

根据所述至少一标定值获得与其相对应的至少一实测信息，设定实测信息为标定信息；

将所述至少一标定值和与其相对应的标定信息构成至少一组校正数据。