CN101915902A - 一种现场测试设备的校准方法及校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种现场测试设备的校准方法,包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源,使用标准USB线连接校验设备和测试设备,测试线连接测试设备和接线转换装置,接线转换装置和标准信号源连接;该方法包括:测试设备采集标准信号源发送的标准正弦波,校验设备检测测试设备N个通道的采样值,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数,测试设备工作时,获取N个通道采集的原始数据,将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数,得到校准采样值。本发明还涉及一种现场测试设备的校准系统。本发明可提高现场测试设备的测试精度。

Description

一种现场测试设备的校准方法及校准系统
技术领域
本发明涉及信号测试设备领域,特别涉及一种现场测试设备的校准方法及校准系统。
背景技术
测试设备是将接收到的传感器的电压或电流等信号,经过采样后,再按照其工作特性曲线计算出被测信号量值的一种装置。从标准化的角度而言,测试设备大致可分为标准测试设备和非标测试设备,标准测试设备如示波器等,而非标测试设备则是根据不同的现场应用情况、不同的用途而专门开发的测试设备。
对于测量实验室内的信号,比较适合使用示波器等标准测试设备,而对现场信号的测量,一般不适合用示波器,其原因主要有以下几条:一是示波器携带不方便,并且示波器工作时必须要外接交流220V的工作电源,而对于机车或车辆的车载现场环境,往往只有直流电源,不易找到220V交流电源;二是和示波器相配套的测试探头长度有限,一般只有1米左右,而现场信号的测量,往往需要3米以上的测试线;三是示波器都有自己专门的、标准的测试探头,而现场信号则有各种各样的测试接头,与示波器的测试探头连接方式并不匹配。基于上述原因,为适应现场信号的测量,往往会开发相应的非标测试设备。
对于非标测试设备,在出厂时,根据对设备各个部件、各个元器件的检测、调试,会设置一个初始的校准系数,但是非标测试设备的测量精度会随着时间或温度的变化而变化,校准系数也需要动态的变化。出厂后,非标测试设备使用者由于受到条件的限制,如不方便任意打开测试设备盒体对其中的元器件进行检测、调试等,校准系数往往很难调整。
目前,常用的校准方法为“零点”校准法,即将非标测试设备的输入通道与地线相连接,再启动测试设备,此时测试设备采集到的数值为零漂值,在正常测试时,再将所测数据减去零漂值。但是,上述的“零点”校准法没有借助于标准的信号源对测试设备进行校准,而是借助于地线“零点”作为校准标准,实际中,地线的零点可能并非真实的零值,所以只能进行较为粗略的校准,不能适应现场对高精度测试设备的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种现场测试设备的校准方法,该方法可提高现场测试设备的测试精度。
本发明提供一种现场测试设备的校准方法,包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源,使用标准USB线连接校验设备和测试设备,测试线连接测试设备和接线转换装置,接线转换装置和标准信号源连接;该方法包括:测试设备采集标准信号源发送的标准正弦波;校验设备检测测试设备N个通道的采样值;用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;测试设备工作时,获取N个通道采集的原始数据;将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数,得到校准采样值。
优选的,若采用一个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:用1V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
J为N个通道校准系数构成的矢量,a1,a2,...,aN分别为各通道采样值。
优选的,若采用多个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure BSA00000263502900022
Figure BSA00000263502900024
Figure BSA00000263502900025
Figure BSA00000263502900026
aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值;
校准系数为:
Jz=(J1+J2+J3+J4+J5)/5
=[(1/a11+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5,...,(1/a1N+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/a5N)/5]
=[j1,j2,...,jN]
优选的,所述校验设备为PC机。
优选的,所述PC机保存N个通道的校准系数。
优选的,所述测试线与被测设备连接,测试线的接头与被测设备接头相适配。
本发明还提供一种现场测试设备的校准系统,该系统可提高现场测试设备的精度
本发明提供一种现场测试设备的校准系统,包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源,使用标准USB线连接校验设备和测试设备,测试线连接测试设备和接线转换装置,接线转换装置和标准信号源连接;所述测试设备,用于采集标准信号源发送的标准正弦波;工作时,获取N个通道采集的原始数据;所述校验设备,用于检测测试设备N个通道的采样值,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数,得到校准采样值。
优选的,若采用一个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
用1V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure BSA00000263502900034
J为N个通道校准系数构成的矢量,a1,a2,...,aN分别为各通道采样值。
优选的,若采用多个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure BSA00000263502900035
Figure BSA00000263502900042
Figure BSA00000263502900043
aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值;
校准系数为;
Jz=(J1+J2+J3+J4+J5)/5
=[(1/a11+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5,...,(1/a1N+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/a5N)/5]
=[j1,j2,...,jN]
优选的,所述测试线与被测设备连接,测试线的接头与被测设备接头相适配。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明能对应用于现场的测试设备(包括测试线)进行整体的校准,提高现场测试设备的精度,既可对系统进行单点数据校准,又可对系统进行多点校准,并给出了多点校准时校准系数的算法,校准方法简单,现场容易实施。本方发明将校准系数存储在PC机中,并不要求测试设备具有非易失性存储器,因而扩大了方案的应用范围。
附图说明
图1为本发明测试设备正常工作时的连接关系示意图;
图2为本发明测试设备校准时的连接关系示意图;
图3为本发明现场测试设备的校准方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,示出测试设备正常工作时的连接关系。包括校验设备(可为安装有测试软件的PC机1)、测试设备2、被测设备3、标准USB线4、测试线5,其中PC机1和测试设备2之间用标准USB线4连接,USB线4既为测试设备2提供工作电源,也为PC机1和测试设备2之间传输命令和数据,PC机1可选台式机,也可以选便携式笔记本。
由于便携式笔记本具有2-4个小时的续航能力,能够在现场无电源的情况下也能进行2-4个小时的信号采集测量,扩大测试设备2在现场的使用范围。测试设备2和被测设备3之间用测试线5相连,测试线5根据现场需求,长度可在3-6米之间,甚至更长。测试线5和被测设备3相连接处会根据被测设备3已有的接头,设计成相配合的接头。如测量地铁牵引逆变器时,由于牵引逆变器预留的测量接头为48芯的欧式连接器(针式),所以测试线5相应的也设计成48芯的欧式连接器(孔式)。
参见图2,示出测试设备校准时的连接关系。包括安装有测试软件的PC机1、测试设备2、接线转换装置6、标准信号源7、标准USB线4、测试线5、由标准示波器探头改造的连接线8,其中标准USB线4将PC机1与测试设备2相连接,测试线5将测试设备2和接线转换装置6连接,由标准示波器探头改造的连接线8将接线转换装置6和标准信号源7连接。此时PC机1、标准USB线4、测试设备2、测试线5使用状态与正常使用时的状态一样。由前面介绍可知,特定的测试设备2具有特定接头的测试线5,因此测试线5和标准信号源7之间往往不能直接相连接,必须通过接线转换装置6才能连接。
参见图3,示出本发明现场测试设备的校准方法,具体包括以下步骤:
步骤S301、将上述各个部分连接好后,使标准信号源7(可选校准后的安捷伦信号发生器,型号为AFG3022)发出频率为1KHz、幅值为1V的标准正弦波,并启动PC机1的校准软件,测试设备2通过测试线5采集到标准信号源的正弦波,通过标准USB线4传输到PC机1。
步骤S302、PC机1计算此时得到N个通道的信号幅值,假定分别为:
A=[a1,a2,...,aN]        式1
式1中,A为各通道采样值a1,a2,...,aN构成的矢量;
步骤S303、用1V除以各个通道的采样值,由此得到各个通道的校准系数;
Figure BSA00000263502900051
式2
式2中,J为各通道校准系数构成的矢量;
若测试设备2的测试线5性度较好,即在满量程的范围内均有相同的测试偏差,则进行一个数据点的校准即可;若测试设备2的线性度较差,可进行多个数据点的校准并得到多个校准系数,最后对多个校准系数进行加权处理,得到最终的校准系数。
例如,由MP425测试模块构成的测试设备2,其测试范围为0V-5V,若进行多个数据点的校准时,可按照如下步骤进行,先按照上述方法,分别得到在1V、2V、3V、4V、5V处的校准系数:
Figure BSA00000263502900061
Figure BSA00000263502900062
Figure BSA00000263502900063
式3
Figure BSA00000263502900064
Figure BSA00000263502900065
式3中,aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值。
最终的校准系数为:
Jz=(J1+J2+J3+J4+J5)/5
=[(1/a11+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5,...,(1/a1N+2/a2N+3/a3N+4a4N+5/a5N)/5]式4
=[j1,j2,...,jN]
PC机1将此系数保存到校准系数文件中,作为校准系数,完成对测试设备2校准。
步骤S304、测试设备2正常工作时,若各个通道采集到的原始数据为
B=[b1,b2,...,bN]            式5
式5中,B为各通道原始采样值b1,b2,...,bN构成的矢量;
步骤S305、将各通道的原始采样值均乘以各通道对应的校准系数,即可得到较为准确的采样值,即
B′=B×J=[b1×j1,b2×j2,...,bN×jN]    式6
式6中,B’为各通道校准后采样值构成的矢量。
按照上述方法,对现场使用的带4米长的测试线的某测试设备2进行整体校准,测试数据表明,校准后,测试设备2的测量精度能达到0.05%,为现场获得准确测试数据提供了物质基础和技术保障。
基于现场测试设备的校准方法,本发明还提供一种现场测试设备的校准系统。该校准系统包括校验设备、测试设备2、接线转换装置6、标准信号源7,使用标准USB线4连接校验设备和测试设备2,测试线5连接测试设备2和接线转换装置6,接线转换装置6和标准信号源7连接。校验设备可为PC机1。上述设备在功能方面与方法中描述的相同,不再赘述。
本发明能对应用于现场的测试设备2(包括测试线)进行整体的校准,提高现场测试设备的精度,既可对系统进行单点数据校准,又可对系统进行多点校准,并给出了多点校准时校准系数的算法,校准方法简单,现场容易实施。本方发明将校准系数存储在PC机中,并不要求测试设备具有非易失性存储器,因而扩大了方案的应用范围。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种现场测试设备的校准方法,其特征在于,包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源,使用标准USB线连接校验设备和测试设备,测试线连接测试设备和接线转换装置,接线转换装置和标准信号源连接;该方法包括:
测试设备采集标准信号源发送的标准正弦波;
校验设备检测测试设备N个通道的采样值;
用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
测试设备工作时,获取N个通道采集的原始数据;
将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数,得到校准采样值。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,若采用一个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
用1V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure FSA00000263502800011
J为N个通道校准系数构成的矢量,a1,a2,...,aN分别为各通道采样值。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,若采用多个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure FSA00000263502800012
Figure FSA00000263502800014
Figure FSA00000263502800015
Figure FSA00000263502800016
aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值;
校准系数为:
Jz=(J1+J2+J3+J4+J5)/5
=[(1/a11+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5,...,(1/a1N+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/a5N)/5]
=[j1,j2,...,jN]
4.如权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,所述校验设备为PC机。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述PC机保存N个通道的校准系数。
6.如权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,所述测试线与被测设备连接,测试线的接头与被测设备接头相适配。
7.一种现场测试设备的校准系统,其特征在于,包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源,使用标准USB线连接校验设备和测试设备,测试线连接测试设备和接线转换装置,接线转换装置和标准信号源连接;
所述测试设备,用于采集标准信号源发送的标准正弦波;工作时,获取N个通道采集的原始数据;
所述校验设备,用于检测测试设备N个通道的采样值,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数,得到标准采样值。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,若采用一个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
用1V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure FSA00000263502800024
J为N个通道校准系数构成的矢量,a1,a2,...,aN分别为各通道采样值。
9.如权利要求7所述的系统,其特征在于,若采用多个数据点校准,用标准电压除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数为:
分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值,得到N个通道的校准系数;
Figure FSA00000263502800032
Figure FSA00000263502800033
Figure FSA00000263502800034
aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值;
校准系数为:
Jz=(J1+J2+J3+J4+J5)/5
=[(1/a11+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5,...,(1/a1N+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/a5N)/5]
=[j1,j2,...,jN]
10.如权利要求7、8或9所述的系统,其特征在于,所述测试线与被测设备连接,测试线的接头与被测设备接头相适配。
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