CN103261862A - 使用多个温度传感器的温度测量校正 - Google Patents

Abstract

通过使用另一温度传感器校正在资产跟踪装置中的一个温度传感器感测的目标的温度测量值。资产跟踪装置包括影响用于感测目标的温度的温度传感器的至少一个热源。所述另一温度传感器测量在资产跟踪装置中的位置处的温度。通过实验或建模来建立目标的实际温度和在两个传感器处测量的温度之间的关系。使用这些关系，目标的测量的温度能够被校正以获得目标的校正温度。

Description

使用多个温度传感器的温度测量校正

技术领域

本发明涉及校正远程资产跟踪装置中的温度测量的误差。

背景技术

资产跟踪装置用于在资产在各位置之间移动时跟踪资产的位置或其它物理性质。为了这个目的，资产跟踪装置可包括一种或多种类型的传感器，所述一种或多种类型的传感器监测资产的位置或物理性质并把监测的结果发送给远程站。监测的结果的传输经常由无线通信实现。资产跟踪装置通常以小的便携式的形式实现，并包括电池或其它能源，所述电池或其它能源在各位置之间运输资产的同时提供电力。

由资产跟踪装置测量的物理性质之一是温度。资产跟踪装置可包括温度传感器以监测目标或者它的周围环境的温度。然而，资产跟踪装置通常包括各种热源，诸如用于射频(RF)通信的电路部件。这些部件常常在激活时使资产跟踪装置变热。如果温度传感器靠近这种热源或经非隔热材料连接，则由热源产生的热量常常通过升高在温度传感器处的温度而干扰在温度传感器处的温度的准确测量。当资产跟踪装置变得更加小型时，由热源产生的热量更显著地影响温度测量。

减小热源对温度测量的影响的一种解决方案是把资产跟踪装置分成两个多个物理部分。第一部分包括温度传感器，并被放置在测量其温度的目标内或接近该目标。第二部分在物理上与第一部分分开，因此，减小来自第二部分的热量的影响。第一部分经短距离RF通信或有线通信与第二部分通信以把监测的结果发送给第二部分，而不会在第一部分内产生显著热量。第二部分包括用于长距离通信的RF部件以把数据发送给远程监测站。第二部分中的RF部件产生显著热量，但来自第二部分的热量不影响在第一部分测量处的温度或者对在第一部分处测量的温度具有最小的影响，因为来自第二部分的热量仅部分地被传递到第一部分。

然而，由于短距离RF通信的通信范围或导线的长度，把资产跟踪装置实现为两个部分的解决方案可能显著地限制资产跟踪装置的物理位置。利用有线通信的资产跟踪装置还需要位于第一部分和第二部分的外部导线端口，并且由于导线而使资产的包装复杂化。

发明内容

实施例涉及通过使用从至少一个辅助温度传感器接收的装置中的一个位置处的另一温度测量值来校正从装置中的主温度传感器接收的温度测量值。在主温度传感器测量的温度代表可受到由装置中所包括的至少一个热源产生的热量影响的目标的未校正的温度测量值。来自所述至少一个辅助温度传感器的温度测量值指示从热源传递到主温度传感器的热量，因此，来自主温度传感器的温度测量值能够用于补偿在主温度传感器处获得的更高的温度测量值。

在一个实施例中，该装置包括用于计算校正温度的处理器。处理器通过把第一温度和第二温度应用于校正算法来计算校正温度。通过在使用该装置之前在受控环境中测量温度来确定该校正算法中的函数或参数。

在一个实施例中，至少一个辅助温度传感器比主温度传感器更靠近热传感器。

在一个实施例中，热源是用于经长距离无线通信把校正温度与其它信息一起发送给远程位置的通信模块。替代地，热源是提供自主地球空间定位的全球导航卫星系统(“GNSS”)(GNSS是卫星导航系统(“sat nav”)的标准一般术语)的接收器或处理器，包括但不限于GPS、Glonas和Galileo。在本发明内，对GPS或GNSS的任何提及应该被解释为包括sat nav系统的全部范围。

附图说明

图1是表示根据本发明一个实施例的用于资产跟踪装置的系统的示图。

图2是表示根据本发明一个实施例的跟踪装置的方框图。

图3是根据本发明一个实施例的用于获得校正温度的方法的流程图。

图4是表示校正温度、实际温度和未校正温度的例子的图表。

具体实施方式

实施例涉及通过使用来自另一温度传感器的温度测量值校正在资产跟踪装置中的温度传感器感测的目标的温度测值量。资产跟踪装置包括影响用于感测目标的温度的温度传感器的至少一个热源。所述另一温度传感器测量在资产跟踪装置中的位置的温度。通过实验或建模来建立目标的实际温度和在两个传感器处测量的温度之间的关系。使用这些关系，目标的测量温度能够被校正以获得目标的校正温度。

资产跟踪系统的架构

图1是表示根据本发明一个实施例的用于资产跟踪装置122的系统100的示图。用于跟踪资产的系统100可包括：资产跟踪装置122、通信站110、网络130、监测站140、等等。资产跟踪装置122被安装在由车辆120运输的资产(例如，货物)上。资产跟踪装置122与无线通信站110通信以经网络130把监测的或感测的数据发送给监测站140。无线通信站110和网络130可以是各种类型的无线通信基础设施(诸如，蜂窝通信网络)的一部分。

车辆120从原点移动到目的地，在此期间，资产经受变化的物理条件(例如，温度、湿度、声音和振动)。资产和资产跟踪装置122可在各种其它运输装置(诸如，火车、船舶或飞机)中被运输，并且还能够在超过一种类型的运输装置中被运送到目的地。

资产跟踪装置122包括用于感测影响资产和资产跟踪装置122的物理性质的一种或多种类型的传感器。在一个实施例中，资产跟踪装置122被间歇地激活以感测物理性质和/或把与物理性质相关的数据发送给监测站140。

监测站140可具有用于接收来自资产跟踪装置122的数据的计算装置。该计算装置处理接收的数据，并把处理的数据呈现给用户。监测站140也可经网络130和通信站110把设置命令发送给资产跟踪装置122以配置资产跟踪装置122的操作。

资产跟踪装置的架构

图2是表示根据本发明一个实施例的资产跟踪装置122的方框图。跟踪装置122可包括一个或多个电路板，在这些电路板上安装各个部件，诸如热源210、主温度传感器218、辅助温度传感器214和处理器220。资产跟踪装置122可包括其它部件(为了简化起见而从图2省略)，诸如模数转换器或电池。在一个实施例中，资产跟踪装置122是在密封的壳体内包含其部件的在物理上集成的单元。资产跟踪装置122可还包括电源(例如，电池)以便为它的电子部件供电。资产跟踪装置122可以被方便地放置在感兴趣的资产内或放置在该资产外。

在一个实施例中，资产跟踪装置122包括用于识别它的位置的部件(未示出)。这种部件采用例如GPS(全球定位系统)或小区识别技术。

热源210可以是资产跟踪装置122的产生足以影响在主温度传感器218处的温度测量的热量的任何部件。热源210是例如用于经无线通信与监测站140通信的射频(RF)通信模块。RF通信模块可与长距离通信网络(诸如，蜂窝网络、3GPP LTE(长期演进)网络、WIFI网络和WIMAX网络)通信。RF通信模块也可以是短距离通信网络，诸如蓝牙、Zigbee或WIFI。热源210也可以是处理单元、GNSS(全球定位系统)接收器或消耗大量能量的大功率部件。

在一个实施例中，包括热源的电路部件与主温度传感器218被安装在相同的电路板208上。通过把RF通信模块210和主温度传感器218安装在同一电路板208上，能够减少资产跟踪装置122中的部件的数量，同时通过减少导线的数量而增加可靠性。然而，由热源210产生的热量可增加通过热传导传递到主温度传感器218的热量(由箭头222表示)，导致在主温度传感器218处的温度测量不准确。来自热源210的热量可还通过对流和辐射增加在跟踪装置122内部的温度。即使热源210和主温度传感器218被安装在不同的电路板上，由热源210产生的热量也可由于由热源210产生的热量的对流和辐射而使主温度传感器产生不准确的读数。因此，提供辅助温度传感器214以校正在主温度传感器218处的温度测量。

主温度传感器218产生传感器信号236，传感器信号236是目标234的温度的模拟或数字表示。主温度传感器218可被实现为例如热电偶、热敏电阻、双金属装置、温度计或硅二极管。在一个实施例中，主温度传感器218靠近资产跟踪装置122的外壳或位于资产跟踪装置122的壳体的外面，以产生目标234的温度的更准确的读数。

辅助温度传感器214可被放置在电路板208中的各种位置。优选地，辅助温度传感器214被放置在比主温度传感器218更靠近热源210的位置，从而热源210的加热和冷却导致在辅助温度传感器214处测量的温度的更大的温度变化。在一个实施例中，辅助温度传感器214被放置在热源210和主温度传感器218之间的位置。辅助温度传感器214产生传感器信号232，传感器信号232是辅助温度传感器214所在的位置处的温度的模拟或数字表示。

目标234可包括例如资产(例如，货物)或在资产跟踪装置122周围的周围介质(例如，空气)。主温度传感器218可直接接触目标234以测量目标234的温度。替代地，主温度传感器218可通过测量资产跟踪装置122和目标234之间的周围介质来间接地测量资产的温度。

处理器220控制资产跟踪装置122的操作。处理器220接收来自主温度传感器218和辅助温度传感器214的传感器信号232、234。如果传感器信号232、234是模拟信号，则这些信号可在模数转换器处被处理为数字数据，模数转换器是处理器220的一部分或与处理器220分开的部件(未示出)。处理器220对由传感器信号代表的温度值执行校正算法以获得校正的温度值。用于执行校正算法的指令被存储在计算机可读存储介质222(诸如，RAM(随机存取存储器)或闪存)中。处理器220还把校正的温度值238发送给RF通信模块(顺便提一句，也是热源210)以发送给监测站140。

虽然以上参照图1把资产跟踪装置122描述为包括单个热源210，但两个或更多的热源可被包括在资产跟踪装置122中。此外，两个或更多的辅助温度传感器可被包括在资产跟踪装置122中以测量二维或三维温度梯度从而更准确的校正温度测量。

建立测量的温度和实际温度之间的关系

资产跟踪装置122可采用复杂的方案以使能耗最小化。资产跟踪装置122可被间歇地打开以仅在某些时间开始感测并把数据发送给监测站140，然后被关闭以保留能量。热源210可被间歇地打开以执行功能(例如，发送数据)。由于热源210的这种间歇操作，难以估计由热源210产生的热量并随后在此基础上校正测量的温度。因此，实施例采用一个或多个辅助温度传感器以测量由于热源210导致的在资产跟踪装置122中的各个位置的温度变化，并使用在所述一个或多个辅助温度传感器处测量的温度补偿测量的目标234的温度。

由处理器220执行的算法基于传感器信号232、236估计目标234的准确温度。该算法可被开发并随后部署在资产跟踪装置122上。该算法可包括至少一个参数以考虑在主温度传感器218处测量的温度、在辅助传感器214处测量的温度和目标234的实际温度之间的关系。可通过资产跟踪装置122的热传递特性的实验或建模来建立该参数。

在一个实施例中，下面的方程用于计算在资产跟踪装置122中存在单个辅助传感器214和单个热源210的情况下的校正温度：

T_corr＝T₂₁₈+f₁(T₂₁₈，T₂₁₄)+K    方程(1)

其中T_corr表示目标234的校正温度，T₂₁₈表示在主温度传感器218处测量的温度，T₂₁₄表示在辅助温度传感器214处测量的温度，f₁表示比例补偿函数，并且K表示偏置调整参数。比例补偿函数f₁被选择并定义以反映该装置的热力学性质，诸如电路板208的热导率、热源210和温度传感器214、218之间的距离。下面是比例补偿函数f₁的例子：

f₁＝-α*SQRT(|T₂₁₈-T₂₁₄|)    方程(2)

其中α是比例因子(例如，α＝0.5)并且SQRT代表平方根函数。

为了确定比例补偿函数f₁和偏置调整参数K，资产跟踪装置122可被放置在已校准的温度室中，然后经受各种条件，其中目标的实际温度、在第一温度传感器218处的温度和在辅助温度传感器214处的温度在预定温度范围内变化。测量的数据随后被拟合到比例补偿函数f₁和偏置调整参数K。替代地，通过使用代表资产跟踪装置122的热力学性质的计算机模型可获得比例补偿函数f₁和偏置调整参数K。

通过拟合从温度室获得的温度值或计算机建模获得的方程(1)使得能够在预定温度范围内计算校正温度T_corr。在针对资产跟踪装置122确定函数f₁和偏置调整参数K之后，在计算机可读存储介质222中存储允许处理器220计算校正温度T_corr的对应指令。

当多个辅助温度传感器或多个热源被包括在资产跟踪装置122中时，方程(1)能够被如下归纳：

T_{corr_2}＝f₂({T₁(t_i...t_j)，T₂(t_k...t₁)...T_n(t_m...t_o)})+K₂    方程(3)

其中T_{corr_2}表示校正温度，f₂表示温度补偿函数，T₁表示在主温度传感器处测量的温度的集合，T₂至T_n表示在辅助温度传感器处测量的温度，t_i...t_j表示在时间间隔I至j期间获取的样本，t_k...t_l表示样本k至l，并且t_m...t_o表示样本m至o，并且K₂表示偏置调整参数。方程(3)适用于多个热源或散热器以及时间补偿。时间补偿允许对热量在装置上传播所花费的时间进行建模，从而增加补偿的准确性。

需要注意的是，方程(3)的函数f₂比方程(2)的函数f₁更具一般性，并且还能够对取决于时间和材料的影响进行补偿。材料能够根据材料的温度而具有变化的热导率。因此，即使当采样的温度之间的绝对差相同时，函数f₂也可根据采样的温度改变补偿的量。例如，与针对-10℃和-5℃之间的5℃差异的补偿相比，对于20℃和25℃之间的相同的5℃的测量的差异，补偿可不同。函数f₂可还依赖于温度变化率以考虑进行热传递所花费的时间。在温度变化率是1℃/分钟变化的情况下的温度补偿和在温度变化率是5℃/分钟的另一情况下的温度补偿是不同的。函数f₂可还基于温度变化的梯度方向而使温度补偿不同。由于热质量(thermal mass)的加热和冷却花费时间，所以资产跟踪装置122的温度曲线将会显示滞后效应。因此，根据资产跟踪装置122是正在被加热还是正在被冷却，温度补偿可不同。在各种装置或部件机械封装和结构(例如，LGA(平面栅格阵列)、SoC(片上系统)和多芯片封装)中经常观察到这种滞后效应。

计算校正温度的处理

图3是根据本发明一个实施例的用于获得校正温度T_corr或T_{corr_2}的方法的流程图。主温度传感器218测量310代表目标234的未校正的温度的第一温度，并把指示第一温度的传感器信号236发送给处理器220。

辅助温度传感器214也测量320代表辅助温度传感器214所在的电路板208的位置处的温度的第二温度，并把指示第二温度的传感器信号232发送给处理器220。

处理器220随后通过把第一温度和第二温度应用于校正算法来计算330校正温度。校正算法可基于方程(1)或方程(3)计算校正温度T_corr或T_{corr_2}。在使用方程(3)的情况下，可考虑存储在处理器220的存储器中的温度变化的历史以计算补偿。校正温度是在主温度传感器218处测量的未校正的温度的补偿版本。

以上参照图3描述的方法仅是说明性的。各个步骤不必按照图3中表示的序列的次序。例如，第一温度的测量310可跟在第二温度的测量320之后，或者这两个步骤可并行地执行。此外，可添加各种其它步骤以补偿由于影响温度传感器214、218的操作的其它物理特性(诸如，湿度或压力)导致的其它因素(诸如，测量的漂移)。

温度校正的结果

图4是表示校正温度420、实际温度430和未校正的温度410的例子的图表。使用方程(1)获得校正温度420。垂直轴代表摄氏温度，并且水平轴代表以秒为单位的测量时间。如图4中所示，与未校正的温度410相比，校正温度420更紧密地与实际温度430匹配。因此，校正温度430更准确地反映目标238的实际温度。

在一个实施例中，资产跟踪装置122收集传感器信号232、236并把传感器信号232、236中所包括的信息发送给监测站140，而不在资产跟踪装置122处计算校正温度。替代地，监测站140基于在两个温度传感器214、218处测量的温度计算校正温度。

在一个实施例中，可在资产跟踪装置122内提供热源和散热器(例如，冷却元件)的混合。热源或散热器可由处理器220控制以使资产跟踪装置122的温度保持在某一范围。

尽管在资产跟踪装置内存在一个或多个热源，但这里的实施例提供目标的准确温度测量而不使热源与温度传感器隔离。因此，在不损害温度测量的可靠性或准确性的情况下，资产跟踪装置的结构能够被简化。

虽然以上参照资产跟踪装置描述了实施例，但通过使用在这里描述的原理也可配置其它类型的装置。例如，使用在这里描述的配置方案可配置计算装置、网络装备、加工厂、汽车和其它工业装备。

Claims (20)

1.一种用于测量温度的便携式装置，包括：

热源，产生热量；

主温度传感器，构造为测量目标的第一温度，第一温度传感器接收在热源产生的热量的至少一部分；

至少一个辅助温度传感器，构造为在便携式装置中的一个或多个位置处测量第二温度；和

处理器，用于基于第一温度和第二温度计算目标的校正温度。

2.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述处理器通过把第一温度和第二温度应用于算法来计算校正温度，其中通过在受控环境中测量温度来确定该算法中的函数或参数。

3.如权利要求2所述的便携式装置，其中所述算法考虑以前测量的温度的历史以计算校正温度。

4.如权利要求1所述的便携式装置，其中与主温度传感器相比，所述至少一个辅助温度传感器更靠近热传感器。

5.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述热源包括用于经长距离无线通信把校正温度发送给远程位置的通信模块。

6.如权利要求1所述的便携式装置，其中由处理器间歇地操作热源。

7.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述便携式装置包括用于跟踪资产的位置并监测资产的物理性质的资产跟踪装置。

8.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述便携式装置把部件布置在单一壳体中。

9.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述热源、所述主温度传感器和所述至少一个辅助温度传感器被安装在同一电路板上。

10.如权利要求1所述的便携式装置，其中所述处理器被构造为基于第一温度或第二温度的变化率计算目标的校正温度。

11.一种测量便携式装置处的温度的方法，包括：

由便携式装置中的主温度传感器测量目标的第一温度，第一温度传感器接收由便携式装置中的热源产生的热量的至少一部分；

由便携式装置中的至少一个辅助温度传感器测量便携式装置中的一个或多个位置处的第二温度；以及

由便携式装置中的处理器基于第一温度和第二温度计算目标的校正温度。

12.如权利要求11所述的方法，其中计算校正温度包括：把第一温度和第二温度应用于算法，其中通过在受控环境中测量温度来确定该算法中的函数或参数。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述算法考虑以前测量的温度的历史以计算校正温度。

14.如权利要求11所述的方法，其中与主温度传感器相比，所述至少一个辅助温度传感器更靠近热传感器。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述热源包括用于经长距离无线通信把校正温度发送给远程位置的通信模块。

16.如权利要求11所述的方法，还包括：由处理器间歇地操作热源。

17.如权利要求11所述的方法，还包括：跟踪资产的位置并监测资产的物理性质。

18.如权利要求11所述的方法，其中所述便携式装置的部件被布置在单一壳体中。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述热源、主温度传感器和所述至少一个辅助温度传感器被安装在便携式装置中的同一电路板上。

20.一种存储指令的计算机可读存储介质，当由便携式装置中的处理器执行所述指令时，所述指令使处理器执行以下操作：

从便携式装置中的主温度传感器接收目标的第一温度的测量值，第一温度传感器接收由便携式装置中的热源产生的热量的至少一部分；

从便携式装置中的至少一个辅助温度传感器接收便携式装置中的一个或多个位置处的第二温度的测量值；以及

基于第一温度和第二温度计算目标的校正温度。

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