CN105891080A - 一种粉尘传感器的标定方法和标定装置 - Google Patents

一种粉尘传感器的标定方法和标定装置 Download PDF

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刘明亮
沈志聪
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Abstract

本发明涉及传感器标定领域，公开了一种粉尘传感器的标定方法和标定装置，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中，所述标定方法包括：控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；使用标准源检测标定环境中的粉尘浓度；每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者所测得对应于所述粉尘浓度的粒子数；以及根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。如此能够提高粉尘传感器标定参数的准确性，进而提高了粉尘传感器的准确度。

Description

一种粉尘传感器的标定方法和标定装置
技术领域
本发明涉及传感器标定领域，具体地，涉及一种粉尘传感器的标定方法和标定装置。
背景技术
粉尘(例如PM10、PM2.5等)传感器是以粒子计数原理为基础的，其需要通过标定来将粉尘粒子数转换为粉尘浓度，例如质量密度，单位为微克/立方米。
目前现有技术对粉尘传感器的标定准确度不高，进而影响了粉尘传感器的测量精度。对于现在经常出现的空气污染情况，例如PM2.5传感器将无法向用户提供较为准确的PM2.5的值，极大得影响了关联产品(例如空气净化器)的运行准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉尘传感器的标定方法和标定装置，该粉尘传感器的标定方法和标定装置能够提高粉尘传感器标定参数的准确性，进而提高了粉尘传感器的准确度。
为了实现上述目的，本发明提供一种粉尘传感器的标定方法，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中，所述标定方法包括：控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；使用标准源检测标定环境中的粉尘浓度；每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者所测得对应于所述粉尘浓度的粒子数；以及根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
优选地，控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及对标定环境进行净化。
优选地，所述标定方法还包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
优选地，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制搅拌装置以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及所述搅拌装置以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
优选地，针对每个粉尘传感器，对每隔第一预定时间获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列和该粉尘传感器的所述粒子数形成的粒子数序列进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。
优选地，所述标定方法还包括：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
优选地，所述粉尘浓度为粉尘的质量密度。
相应地，本发明还提供一种粉尘传感器的标定装置，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中，所述标定装置包括：粉尘浓度控制装置，用于控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；标准源，用于使用检测标定环境中的粉尘浓度；以及处理装置，用于：每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者对应于所述粉尘浓度所测得的粒子数；及根据所述粉尘浓度和所述粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
优选地，所述粉尘浓度控制装置包括：粉尘注入装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及净化装置，用于对标定环境进行净化。
优选地，所述标定装置还包括：粉尘搅拌装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
优选地，所述粉尘搅拌装置为搅拌装置，用于：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
优选地，所述处理装置用于：针对每个粉尘传感器，对每隔第一预定时间获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列和该粉尘传感器的所述粒子数形成的粒子数序列进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。
优选地，所述标定装置还包括：至少一个标定板，每个标定板与至少一个粉尘传感器和所述处理装置连接。
优选地，所述标定板包括：控制单元，用于数据的存储和粉尘传感器的选择；以及多路选择器，用于连接至少一个粉尘传感器。
优选地，所述至少一个标定板安装在安装架上，该安装架与标定环境的边界之间距离在预定范围内。
优选地，所述处理装置还用于：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
优选地，所述粉尘浓度为粉尘的质量密度。
通过上述技术方案，每隔第一预定时间获取标准源测得的粉尘浓度并获取至少一个粉尘传感器中的每一者所测得对应于所述粉尘浓度的粒子数，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。如此能够提高粉尘传感器标定参数的准确性，进而提高了粉尘传感器的准确度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施方式提供的粉尘传感器的标定方法的流程图；
图2是根据本发明一种实施方式的粉尘传感器的标定方法的流程图；
图3是根据本发明实施方式提供的粉尘传感器的标定装置的结构示意图；
图4是根据本发明一种实施方式的粉尘传感器的标定装置的结构示意图；以及
图5是根据本发明一种实施方式的标定板的连接示意图。
附图标记说明
31 标准源 32 粉尘传感器
33 处理装置 35 洁净室
341 吊扇 342 净化装置
36 安装架 37、371、372 标定板
331 PC机
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是根据本发明实施方式提供的粉尘传感器的标定方法的流程图，其中至少一个粉尘传感器配置在标定环境中。如图1所示，本发明提供的粉尘传感器的标定方法可以包括：在步骤11处，控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；在步骤12处，使用标准源检测标定环境中的粉尘浓度；在步骤13处，每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者所测得对应于所述粉尘浓度的粒子数；以及在步骤14处，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。如此能够提高粉尘传感器标定参数的准确性，进而提高了粉尘传感器的准确度。
其中，所述标定环境可以为箱子、盒子、洁净室等等。例如，在粉尘传感器测量范围可以为0-500μg/m3，标定环境的大小可以为30立方米，当然本发明并不限制于此。
其中，控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化可以包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及对标定环境进行净化。如此能够控制标定环境中的粉尘的浓度。
为了保证标定环境中待标定的每个粉尘传感器及标准源(例如标准仪器)处于相同浓度的粉尘中，所述标定方法还可以包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
例如向洁净室内注入粉尘(例如PM2.5)，使得洁净室内的粉尘浓度(粉尘浓度可以为但不限于质量密度)满足500μg/m3，粉尘浓度可以对应于粉尘传感器的浓度，例如500μg/m3的粉尘浓度可以对应于量程为500μg/m3的粉尘传感器，如此提高标定的准确性。
控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中包括：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制搅拌装置以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及所述搅拌装置以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
例如，在向洁净室中注入质量密度为500μg/m3的PM2.5后，利用吊扇来搅拌洁净室中的粉尘。首先可以控制吊扇以高风模式运行，以便快速地使粉尘均匀地分布在洁净室中；经过例如5分钟后，可以控制吊扇在随后的标定过程中维持低风模式运行，以保证整个标定过程中洁净室中粉尘浓度的均匀性。在吊扇运行5分钟后，即洁净室中粉尘均匀分布后，可以开启净化装置，来逐渐降低洁净室中的粉尘浓度。
针对每个粉尘传感器，可以对每隔第一预定时间(例如5分钟)获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列(m1,m2,m3,…,mn)和该粉尘传感器的所述粒子数形成的粒子数序列(n1,n2,n3,…,nn)进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。如此来提高标定过程的准确性。
例如，采用最小二乘法来进行拟合，对应的拟合曲线可以为mn＝a×nn+b，如此可以获得标定参数a和b。随后，可以将标定参数a和b写入至对应的粉尘传感器，如此粉尘传感器可以根据m＝a×n+b来输出粉尘浓度(例如质量密度)，其中，n为传感器测得的粒子数。
为了防止标定环境中粉尘浓度过低，而影响标定结果的准确性，所述标定方法还可以包括：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
以下将参考图2通过具体实施方式来详细描述本发明，但是应该注意的是本发明并不限制于此。
在本实施方式中，将洁净室作为标定环境，标准源和多个待标定的粉尘传感器(量程为500μg/m3)被置于洁净室中，如图2所示，所述粉尘传感器的标定方法如下所述。
在步骤21处，向洁净室内注入PM2.5使得洁净室内PM2.5的质量浓度为500μg/m3，注入包含使得洁净室中PM2.5的质量浓度为500μg/m3的PM2.5的粉尘(本发明所提及的粉尘可以包括烟气)；
在步骤22处，控制吊扇以高速运转，来快速搅拌洁净室内的PM2.5使其均匀分布在洁净室内；
在步骤23处，判断吊扇高风运转时间是否达到5分钟；
如果吊扇高风运转时间是否达到5分钟，则在步骤24处，控制吊扇以低风运转来保持标定过程中PM2.5的均匀性，并开启净化装置来降低洁净室中PM2.5的浓度；
在步骤25处，每个5分钟获取标准仪器所测得的PM2.5的质量浓度以得到质量浓度序列，并获取每个粉尘传感器所测得的对应于PM2.5质量浓度的粒子数以得到粒子数序列，其中，可以理解的是，PM2.5质量浓度与对应于PM2.5质量浓度的粒子数是同一时间测得的；
在步骤26处，针对每个粉尘传感器，对质量浓度序列和该粉尘传感器的粒子数序列进行线性拟合，以确定每个粉尘传感器的标定参数。
其中，当标准仪器检测到洁净室中的PM2.5的质量密度低于80μg/m3时，停止获取PM2.5的质量密度和粒子数，并确定标定参数。
相应地，本发明还提供一种粉尘传感器的标定装置，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中。如图3所示，本发明提供的标定装置可以包括：粉尘浓度控制装置(未示出)，用于控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；标准源31，用于使用检测标定环境中的粉尘浓度；以及处理装置33，用于：每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器32中的每一者对应于所述粉尘浓度所测得的粒子数；及根据所述粉尘浓度和所述粒子数来确定相应的粉尘传感器32的标定参数。如此能够提高粉尘传感器32标定参数的准确性，进而提高了粉尘传感器32的准确度。
其中，所述粉尘浓度控制装置可以包括：粉尘注入装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及净化装置，用于对标定环境进行净化。如此能够控制标定环境中的粉尘的浓度。
为了保证标定环境中待标定的每个粉尘传感器及标准源(例如标准仪器)处于相同浓度的粉尘中，所述标定装置还可以包括：粉尘搅拌装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
所述粉尘搅拌装置可以为搅拌装置，用于：在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
所述处理装置用于：针对每个粉尘传感器，对每隔第一预定(例如5分钟)时间获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列(m1,m2,m3,…,mn)和该粉尘传感器的所述粒子数(n1,n2,n3,…,nn)形成的粒子数序列进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。如此来提高标定过程的准确性。其具体的示例性实施方式与上述标定方法中相同，于此不再赘述。
为了能够同时标定多个传感器，所述标定装置还可以包括：至少一个标定板，每个标定板与至少一个粉尘传感器和所述处理装置连接。所述标定板可以包括：控制单元，用于数据的存储和粉尘传感器的选择；以及多路选择器，用于连接至少一个粉尘传感器。
由于标定环境边界对粉尘浓度可能存在影响，为了保证标定结果的一致性，所述至少一个标定板可以安装在安装架上，该安装架与标定环境的边界之间距离在预定范围内。
为了防止标定环境中粉尘浓度过低，而影响标定结果的准确性，所述处理装置还可以用于：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
以下将参考图4和图5通过具体实施例的方式来详细描述本发明，但是应该注意的是本发明并不限制于此。
图4是根据本发明一种实施方式的粉尘传感器的标定装置的结构示意图，图5是根据本发明一种实施方式的标定板的连接示意图。
如图4所示，在该实施方式中，将多个粉尘传感器32连接至多个标定板37上；多个标定板37可以连接至作为处理装置的PC机331上；多个标定板37布置在安装架36上；安装架36放置在洁净室35内，并且距离洁净室的边界均具有至少1.5m的距离；吊扇341可以安装在洁净室35的顶部，并且洁净室35内放置净化设备342和与PC机331连接的标准源31，例如标准源31通过串口与PC机331连接。
如图5所示，标定板可以通过多路选择器与传感器1至n连接，例如采用16为多路选择器来连接16个传感器；标定板还可以具有MCU以存储数据及选择传感器。另外，可以通过拨码开关来设置标定板的地址，例如2个10位的拨码开关可以设置100个标定板，并可以一次标定1600个传感器。标定板可以包含两个连接段子(例如4Pin接插件)，通过连接端子可以将标定板(如图5中标定板371和标定板372的连接)连接在一起，也可把标定板和PC机的串口连接在一起，例如PC机331通过USB、UART(通用异步收发传输器)与标定板371连接。
标定版还可以包含2个2线总线缓冲器(例如LTC4304)，用来增强通讯电路的负载能力。
在该实施方式中，洁净室35中注入预定浓度的PM2.5之后，吊扇341开始高风运转，在运转5分钟之后，以低风运转来保持洁净室35中PM2.5的均匀性。标准源31、粉尘传感器32及净化设备342开始运行。PC机331每个5分钟向标准源31和标定板37发送获取数据的请求，响应于获取数据的请求，PC机331接收来自标准源31此时所测的PM2.5的质量密度及来自标定板(例如标定板371和372)上连接的粉尘传感器此时所测得的粒子数；当洁净室35内PM2.5的质量密度低于但不限于80μg/m3时，PC机331停止发送获取数据的请求；然后PC机331根据质量密度及每个传感器的粒子数来确定该传感器的标定参数，例如，如上所述采用最小二乘法来对质量密度及粒子数进行拟合确定参数a和b；随后，可以将标定参数a和b写入至对应的粉尘传感器，如此粉尘传感器可以根据m＝a×n+b来输出粉尘浓度。在一实施方式中，整个过程大概在40分钟左右。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种粉尘传感器的标定方法，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中，其特征在于，所述标定方法包括：
控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；
使用标准源检测标定环境中的粉尘浓度；
每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者所测得对应于所述粉尘浓度的粒子数；以及
根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化包括：
在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及
对标定环境进行净化。
3.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：
在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中包括：
在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制搅拌装置以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及
所述搅拌装置以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，
其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
5.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，针对每个粉尘传感器，对每隔第一预定时间获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列和该粉尘传感器的所述粒子数形成的粒子数序列进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。
6.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的标定方法，其特征在于，所述粉尘浓度为粉尘的质量密度。
8.一种粉尘传感器的标定装置，至少一个粉尘传感器配置在标定环境中，其特征在于，所述标定装置包括：
粉尘浓度控制装置，用于控制所述标定环境中的粉尘浓度进行变化；
标准源，用于使用检测标定环境中的粉尘浓度；以及
处理装置，用于：
每隔第一预定时间获取所述标准源测得的所述粉尘浓度并获取所述至少一个粉尘传感器中的每一者对应于所述粉尘浓度所测得的粒子数；及
根据所述粉尘浓度和所述粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
9.根据权利要求8所述的标定装置，其特征在于，所述粉尘浓度控制装置包括：
粉尘注入装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘；以及
净化装置，用于对标定环境进行净化。
10.根据权利要求9所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括：粉尘搅拌装置，用于在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，控制所述粉尘以均匀分布的所述标定环境中。
11.根据权利要求10所述的标定装置，其特征在于，所述粉尘搅拌装置为搅拌装置，用于：
在所述标定环境中注入预定浓度的粉尘后，以第一预定速度搅拌所述粉尘；以及
以第一预定速度运行第二预定时间后，以第二预定速度运行，
其中，所述第一预定速度大于所述第二预定速度。
12.根据权利要求8所述的标定装置，其特征在于，所述处理装置用于：针对每个粉尘传感器，对每隔第一预定时间获取的所述粉尘浓度所形成的粉尘浓度序列和该粉尘传感器的所述粒子数形成的粒子数序列进行线性拟合，以确定该粉尘传感器的标定参数。
13.根据权利要求8所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括：至少一个标定板，每个标定板与至少一个粉尘传感器和所述处理装置连接。
14.根据权利要求13所述的标定装置，其特征在于，所述标定板包括：
控制单元，用于数据的存储和粉尘传感器的选择；以及
多路选择器，用于连接至少一个粉尘传感器。
15.根据权利要求13所述的标定装置，其特征在于，所述至少一个标定板安装在安装架上，该安装架与标定环境的边界之间距离在预定范围内。
16.根据权利要求9所述的标定装置，其特征在于，所述处理装置还用于：在所述标准源测得的粉尘浓度低于预定浓度的情况下，根据所测得的粉尘浓度和所测得的粒子数来确定相应的粉尘传感器的标定参数。
17.根据权利要求8-16中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述粉尘浓度为粉尘的质量密度。
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