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

一种现场测试设备的校准方法及校准系统 Download PDF

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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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