CN103697928B - 一种仪器校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

为解决上述技术问题，本发明提供一种仪器校准方法及装置，涉及测控技术领域，解决现有技术中仪器校准软件只适用于某一特定的仪器、兼容性差的问题，所述方法包括：建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器。本发明可用于对各种仪器的校准中。

Description

一种仪器校准方法及装置

技术领域

本发明涉及测控技术领域，特别是涉及一种仪器校准方法及装置。

背景技术

各种测量仪器，如数据采集仪器等，由于受外界因素的影响，如使用地点及环境的变化，输入与输出之间未必具有良好的线性关系，测量精度会发生变化，即使在同一地点仪器长时间使用，也会发生时漂，从而使仪器的测量精度难以保障。因此需要对仪器进行校准，利用得到的校准数据对测量的原始数据进行补偿，从而确保仪器在不同的地点及环境下都能获取理想的测量精度。

目前，由于仪器个体的差异性，如：校准参考通道通常不同（有的只需校准一个通道即可补偿所有通道，而有的必须每个通道都进行仪器校准，并各个通道分别补偿），不同仪器的性能指标也各异（例如量程大小、通道数个数、输入方式种类），一般的仪器校准软件只适用于某一特定的仪器，兼容性差，当仪器对象改变时，就要重新开发软件，造成人力和财力的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种仪器校准方法及装置，用以解决现有技术中仪器校准软件只适用于某一特定的仪器、兼容性差的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种仪器校准方法，包括：

建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器。

可选的，所述校准属性信息包括：属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件存储地址，其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准。

具体的，所述根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器包括：确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址。

可选的，所述根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值包括：如果所述待校准仪器的校准类型为输入校准，控制外部校准源向所述待校准仪器输入所述校准点代表的标准信号；通过对所述标准信号进行测量，确定所述校准点对应的校准参考值。

可选的，所述根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值包括：如果所述待校准仪器的校准类型为输出校准，控制所述待校准仪器向外部标准测量设备输出所述校准点代表的待校信号；通过接收所述外部标准测量设备对所述待校信号的测量值，确定所述校准点对应的校准参考值。

可选的，所述将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址包括：在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中；将存储了所述校准参考值的所述多维数组存储到所述校准数据存储地址。

一方面，本发明提供一种仪器校准装置，包括：建立单元，用于建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；确定单元，用于根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；校准单元，用于根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器。

可选的，所述校准属性信息包括：属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件存储地址，其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准。

可选的，所述校准单元具体包括：校准点确定模块，用于确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；参考值确定模块，用于根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；存储模块，用于将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址。

可选的，所述存储模块具体用于：在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中。

本发明实施例提供的仪器校准方法及装置，建立了所支持的仪器的仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息，这样在进行仪器校准时就可以根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息，并根据该校准属性信息对该待校准仪器进行校准，这样，即能够对列表中所包括的各种仪器都进行有针对性的校准，从而大大提高了校准软件的兼容性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的仪器校准方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的仪器校准方法中输入校准类型的一种程序流程图；

图3是本发明实施例提供的仪器校准方法中输出校准类型的一种程序流程图；

图4是本发明实施例提供的仪器校准方法中利用校准参考值对实际测量的数据进行校准的一种程序流程图；

图5是本发明实施例提供的仪器校准方法中对实际测量的数据进行校准的一种示意图；

图6是本发明实施例提供的仪器校准装置的一种结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种仪器校准方法及装置，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，本发明的实施例提供一种仪器校准方法，包括：

S11，建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；

S12，根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；

S13，根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器。

本发明实施例提供的仪器校准方法，建立了所支持的仪器的仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息，这样在进行仪器校准时就可以根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息，并根据该校准属性信息对该待校准仪器进行校准，这样，即能够对列表中所包括的各种仪器都进行有针对性的校准，从而大大提高了校准软件的兼容性。

具体的，步骤S11中建立的仪器列表可以采用多种形式编写，在本发明的一个实施例中，主要采用链表结构将本校准方法所能校准的各种仪器归纳到该仪器列表中。该仪器列表主要包括被校准的仪器的一些校准属性信息，如属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件存储地址等。其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准。所述校准条件存储地址包括：时间存储地址、温度存储地址、湿度存储地址、高精度校准源型号数据存储地址、校准数据存储地址等。这些参数是实现通用的仪器校准及数据补偿的基础。其中：

属性地址（LAddr）：记录了不同仪器的校准属性信息在链表中的存储位置。

仪器型号（Module）：区分不同仪器的仪器代号，如4360、4321代表了两种不同的数据采集仪器；

校准类型（CalType）：表示是对输入类型的端口进行校准，还是对输出类型的端口进行校准，其中有的被测仪器为模拟输入类型，需要对A/D功能进行校准，有的仪器为模拟输出类型，需要对D/A功能进行校准。

校准通道个数（CalChNum）：一次校准需要校准的通道个数。

端口个数（TermNum）：被测仪器支持输入端口类型个数和输出端口类型个数。

端口类型（TermType）：仪器的输入、输出端口类型，例如差分、参考单端、非参考单端。为了实现仪器的全面校准，需要对仪器不同端口类型下的采集数据都进行校准。

量程个数（RagNum）：表示需要校准的量程的个数。一般的数据采集仪器至少有一个校准量程，但为了实现仪器的全面校准，需要对仪器不同量程下的采集数据都进行校准。

量程范围（RagMin、RagMax）：仪器各个量程下的量程范围，如某量程的范围为-10V～+10V。

校准点个数（CalPn）：仪器不同量程下的校准点个数，各个校准点应在量程范围内分布，优选均匀分布。

其中，校准条件存储地址可包括如下项目中的至少一项：

时间存储地址（TimeAddr）：为了更好的表征校准数据的特征信息，对仪器实施校准的时间需要同校准数据一起记录，该参数定义了校准时间在EEPROM中存储的起始位置。

温度存储地址（TempAddr）：为了更好的表征校准数据的特征信息，对仪器实施校准时的环境温度需要同校准数据一起记录，该参数定义了环境温度在EEPROM中存储的起始位置。

湿度存储地址（HumAddr）：为了更好的表征校准数据的特征信息，对仪器实施校准时的环境湿度需要同校准数据一起记录，该参数定义了环境湿度在EEPROM中存储的起始位置。

高精度校准源型号存储地址（RegulAddr）：为了更好的表征校准数据的特征信息，对仪器实施校准时的高精度校准源型号需要同校准数据一起记录，该参数定义了高精度校准源型号在EEPROM中存储的起始位置。

校准数据存储地址（CalAddr）：校准数据表征了不同仪器的仪器特性，校准数据通常都存储在仪器的板载EEPROM里。该参数定义了校准数据在EEPROM中存储的起始位置。

在步骤S12中，当需要对某一款仪器进行校准时，首先可以根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息。只要仪器列表中含有该待校仪器的校准属性信息，就说明该仪器校准方法对该待校仪器适用，可以按照该校准属性信息提供的仪器属性和校准条件等信息，对该待校仪器进行校准。

具体而言，对于步骤S13，根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器可包括如下步骤：

确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；

根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；

将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址。

首先，由于仪器在满量程内线性度未必很好，为了实现对仪器进行更精确的校准，优选的，校准时在每个量程范围内可定义多个校准点，对每个量程都进行分段校准，这样，分段区间内线性度得到显著提高。比如，在本发明的一个实施例中，一个量程范围为[0，10]的仪器，在校准时可以设置[0，5]和[5，10]两个分段区间来校准，0，5，10就是这个量程范围内的校准点。

一般的，仪器的校准点间隔可以由仪器的量程个数、量程范围及校准点个数决定。

$\mathrm{\ΔCalData}=\frac{\mathrm{RagMax}-\mathrm{RagMin}}{\mathrm{CalPn}}$

X_n＝RagMin+ΔCalData×n（n为0，1，2……CalPn-1）

其中，ΔCalData为校准点间隔，RagMax为一个量程范围的最大值，RagMin为一个量程范围的最小值，CalPn为在该量程范围内的校准点个数。不同的量程下校准点可以不同。

举例说明，在本发明的一个实施例中，一台仪器的某个量程范围为-10.00V～+10.00V，校准点个数为9，校准参考值为-10.00，-7.5，-5，-2.5，0，2.5，5，7.5，10。当CalPn不能被整除时，ΔCalData舍去小数点后第三位及以后的数据，不需四舍五入。而同样一台仪器的另一个量程范围内校准点的数目以及相邻校准点之间的间隔可以相同也可以不同，本发明的实施例对此不作限制。

确定每个量程范围内的校准点的意义就在于，对仪器的校准是在该校准点上的校准，也就是用标准量对校准点处的数据进行校准，获得该校准点对应的校准参考值，而校准点之间的数据可以根据校准点的校准参考值进行线性插值或其他方法间接得到。

校准需要覆盖仪器的基本硬件特征，如不同的端口类型、不同的量程范围、不同的通道，在不同的条件下，仪器校准点的校准参考值，并配置仪器工作在指定的条件下。

可选的，根据校准类型的不同，根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值大体可以采取两种方法。

第一种是对输入校准的校准类型的通道或端口进行校准，则上述步骤可具体包括如下步骤：如果所述待校准仪器的校准类型为输入校准，控制外部校准源向所述待校准仪器输入所述校准点代表的标准信号；通过对所述标准信号进行测量，确定所述校准点对应的校准参考值。

第二种是对输出校准的校准类型的通道或端口进行校准，则根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值可具体包括：

如果所述待校准仪器的校准类型为输出校准，控制所述待校准仪器向外部标准测量设备输出所述校准点代表的待校信号；

通过接收所述外部标准测量设备对所述待校信号的测量值，确定所述校准点对应的校准参考值。

进一步的，在获得了上述校准点的校准参考值后，需要将这些校准参考值存到被校准的仪器内部的板卡的存储器，例如存储在仪器板卡上的EEPROM中，以便仪器在应用中利用这些校准参考值对测量的数据进行校准。

具体而言，所述将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址可包括：

在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；

将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中；

将存储了所述校准参考值的所述多维数组存储到所述校准数据存储地址。

这样，本实施例提供的仪器校准方法，采用多维数组对系统下的仪器校准数据进行缓存，既能确保校准数据引用的正确性，也为多仪器的校准数据缓存提供通用平台，使用校准数据时直接从缓存区读取相应的数据即可，不必直接从硬件加载，提高了系统工作的可靠性及软件校准数据补偿的执行效率。

在本发明的一个实施例中，输入校准通用流程可如图2所示。本实施例中，软件控制外部高精度校准源向相应的校准通道输出校准参考值，启动仪器，采集N个采样点，将N个采样点取平均值，作为相应条件下校准通道对高精度校准源输出的参考值的采集结果，根据校准属性信息计算校准数据相应的存储地址，存储该校准参考值。

在本发明的另一个实施例中，输出校准通用流程可如图3所示。本实施例中，首先启动仪器，从相应的校准通道输出校准点代表的物理量，软件控制高精度万用表对通道的输出电压进行测量，并将测量值回传给软件，该值作为相应条件下校准通道对校准点的实际输出结果，也就是该校准点对应的校准参考值。然后，根据校准属性信息计算校准数据相应的存储地址，存储校准参考值。

存储到板载的校准参考值是实现仪器的校准补偿、提高采集精度的基础，仪器的使用过程中，经常需要利用这些上述校准参考值对仪器测量的数据进行校准，因此这些校准参考值是随时可能被调用的，若每次都从硬件直接加载校准数据，浪费软件执行时间，降低系统执行效率，也不方便校准数据的随时调用。通常仪器系统是由多个同种或不同种仪器共同搭建的，特别是多个同种仪器时，由于仪器的属性特征相同，极易混淆了校准数据，因此复杂系统下仪器校准数据的正确引用尤为重要。

本软件采用多维数组对系统下的仪器校准数据进行缓存，既能确保校准数据引用的正确性，也为多仪器的校准数据缓存提供通用平台，使用校准数据时直接从缓存区读取相应的数据即可，不必直接从硬件加载，提高了系统工作的可靠性及软件校准数据补偿的执行效率。

一个系统需存储多个仪器的校准数据，缓冲区应能区分开各个仪器的校准数据。为了能区分开上述校准数据属于哪个仪器，在系统仪器初始化时，软件将给查找到的每个仪器分配唯一的ID号（如0，1，2……），在系统中，一个ID号对应一个仪器，缓存区能区分开不同ID号对应的校准数据，即缓存区内ID号不同，相应的校准数据对应的仪器也不同。一个仪器需存储的校准数据包括了不同端口方式、不同量程、不同通道、不同校准点下的校准数据，缓存区应能区分开这些不同仪器属性条件下校准数据。

为此，在应用仪器的校准点的校准参考值对该仪器的实际测量值进行校准时，在数据缓冲区开辟为一个5维数据DevCalArray，专门用于存储各个校准点的校准参考值和以该校准参考值为校准标准的各个实际测量值。其中，第1维表征仪器的ID号，第2维表征仪器的端口类型，可选的，可以以端口号的形式表示，不同的端口号对应不同的端口类型，第3维表征仪器的量程，第4维表征仪器的通道，第5维表征仪器校准点。在其中的第4维中，可以先存储各个校准点的校准参考值CalRag，然后存储在相应参考值下的各个通道中德实测值，例如，第一行存储该类型的端口的通道的校准参考值，第二行存储第一通道的实际测量数据，第三行存储第二通道的实际测量数据，以此类推。其中，每维数组的大小可以用户自己设定，体现了该仪器校准方法的灵活性，例如：DevCalArray[3][4][5][33][9]表示软件支持最多3个仪器工作的系统，可存储最多4个端口方式（TermNum），5个量程（RagNum），32个通道（ChanNum），9个校准点（CalPn）的仪器校准数据。

需要说明的是，与前述实施例中将各校准参考值存储到仪器的板卡存储器中不同，当需要将校准参考值从仪器板卡存储器中取出到缓冲区时，需要建立五维数组而不是四维数组。多出来的一维是仪器ID号，以免将各个仪器中的数据相混淆。

对仪器的各个量程的校准点进行校准来获取校准参考值，并利用该校准参考值对实际测量值进行校准的过程可如图4所示，具体包括：

获取仪器的ID号，确定仪器在第一维数组中的存储位置。

在属性链表中查找仪器的校准属性参数。

根据校准属性参数，获取各校准点的校准参考值，存储在第四维数组的第一行。

应用该仪器进行实际测量，将实际测量的数据存储在第四维数组的其他行。

根据校准属性参数，获取校准数据的存储地址，将该五维数组存放在校准数据的存储地址。

仪器量程范围内进行分段校准，比如某个分段区间如图5所示[X0,X1]，以模拟输入类型为例，校准源输出X0，X1，仪器对输入信号X0，X1进行采集，采集结果为f(X0)，f(X1)，f(X0)和f(X1)即为存储与板载EEPROM中的校准值。采用线性差值方法，可以得到在[X0,X1]区间内的数据。当输入X2（X2位于X0和X1之间）时，对应的测量结果为f(X2)。在实际应用中，对输入信号进行测量，测量结果为f(X2)，通过线性插值法反推出其对应的输入信号大小为X2，X2趋向于实际输入的信号大小，从而实现了仪器的校准。具体的算法计算公式如下：

$X_2=(f\left(X_2\right)-f\left(X_1\right))\×\frac{X_1-X_0}{f\left(X_1\right)-f\left(X_0\right)}+X_1$

相应的，如图6所示，本发明的实施例还提供一种仪器校准装置，包括：

建立单元11，用于建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；

确定单元12，用于根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；

校准单元13用于根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器。

本发明实施例提供的仪器校准装置，其建立单元11建立了所支持的仪器的仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息，这样在进行仪器校准时确定单元12就可以根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息，并使校准单元13根据该校准属性信息对该待校准仪器进行校准，这样，即能够对列表中所包括的各种仪器都进行有针对性的校准，从而大大提高了校准软件的兼容性。

可选的，所述校准属性信息包括：属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件，其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准。

可选的，校准单元13具体包括：校准点确定模块，用于确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；参考值确定模块，用于根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；存储模块，用于将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址。

可选的，所述存储模块具体用于：在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种仪器校准方法，其特征在于，包括：

建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；

根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；

根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器；

所述校准属性信息包括：属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件存储地址，其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准；

所述根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器包括：

确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；

根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；

将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址；

所述将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址包括：

在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；

将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中；

将存储了所述校准参考值的所述多维数组存储到所述校准数据存储地址。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值包括：

如果所述待校准仪器的校准类型为输入校准，控制外部校准源向所述待校准仪器输入所述校准点代表的标准信号；

通过对所述标准信号进行测量，确定所述校准点对应的校准参考值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值包括：

如果所述待校准仪器的校准类型为输出校准，控制所述待校准仪器向外部标准测量设备输出所述校准点代表的待校信号；

通过接收所述外部标准测量设备对所述待校信号的测量值，确定所述校准点对应的校准参考值。

4.一种仪器校准装置，其特征在于，包括：

建立单元，用于建立仪器列表，所述仪器列表中包括至少两个仪器的校准属性信息；

确定单元，用于根据待校准仪器的型号，从所述仪器列表中确定所述待校准仪器的校准属性信息；

校准单元，用于根据所述校准属性信息校准所述待校准仪器；

所述校准属性信息包括：属性地址、仪器型号、校准类型、校准通道个数、端口个数、端口类型、量程个数、量程范围、校准点个数、校准数据存储地址和校准条件存储地址，其中，所述校准类型包括输入校准或输出校准；

所述校准单元具体包括：

校准点确定模块，用于确定所述待校准仪器的每个量程范围内的校准点；

参考值确定模块，用于根据所述待校准仪器的校准类型确定每个所述校准点对应的校准参考值；

存储模块，用于将所述校准参考值存储到所述校准数据存储地址；

所述存储模块，具体用于：

在缓冲区建立多维数组，所述多维数组为包括仪器的端口号、校准通道号、量程号、校准点信息的多维数组；

将所述校准参考值存储到所述多维数组的量程号所指示的数组维度中；

将存储了所述校准参考值的所述多维数组存储到所述校准数据存储地址。