CN106018223A - 一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，包括（S10）将待校正的SD的PM2.5浓度总量程由低到高至少划分为三段子量程；（S20）控制标定房内的PM2.5浓度处于各段子量程内一段时间，在各段时间内分别用待校正的SD和标准检测设备同时进行多次PM2.5浓度的测量，并记录测量结果；（S30）利用最小二乘法对各段内测量的多个PM2.5浓度数据进行拟合，获取校正系数的最优解；（S40）分段标定所述待校正的SD的各段子量程内的最优校正系数。本发明通过对待校正设备安装量程范围进行分区，通过最小二乘法将每段分区的校正系数进行最优拟合，如此降低了随机漂移误差对设备测量值的影响，同时有效地避开了一些测量死区对设备精度的影响，精确度大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居、测量检测技术领域，具体地讲，是涉及一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，主要应用于如空气盒子等检测空气质量的智能设备(Smart Device)对室内PM2.5测量精度方面。
背景技术
在现有的空气PM2.5测量的智能设备厂商中，很少对自身的成品设备进行校准，即使校准也是按照测量PM2.5的传感器厂商要求进行一次校准。这种方式导致智能设备的测量精度完全依赖传感器出厂时的精度。这种设计方式导致市面上的PM2.5的测量精度很低，误差大，达不到用户的需求。
现有的空气质量智能设备的整机校正方法是，先通过净化器将标定房的PM2.5降低到20ug/m3，然后通过注烟装置想标定房注烟，使其内PM2.5浓度控制在300ug/m3左右，然后通过开启净化器将标定房内PM2.5降低到250±20ug/m3，等待5分钟后，读取整机测量结果，对比标准仪器，如待校正设备测量结果为200ug/m3，标准仪器测量结果为250ug/m3，则校准系数为100×250/200＝125。这种校正方式引入了原传感器的机械误差、漂移误差和标准仪器的漂移误差，但是在标定的过程中没有对这些误差进行任何处理，造成了出厂的空气质量智能设备的传感器精度很低，因此，需要解决这个问题。同时，在现有的这种校正方案中，由于没有针对不同PM2.5浓度区间进行分别校正，导致这些SD在传感器延展性线性良好的区间，误差较小，而在延展性线性差的区间，误差较大。
发明内容
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种构思新颖、设计巧妙的分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，包括如下步骤：
(S10)将待校正的空气质量检测设备SD的PM2.5浓度总量程由低到高至少划分为三段子量程；
(S20)控制标定房内的PM2.5浓度处于各段子量程内一段时间，在各段时间内分别用待校正的空气质量检测设备SD和标准检测设备同时进行多次PM2.5浓度的测量，并记录测量结果；
(S30)利用最小二乘法对各段内测量的多个PM2.5浓度数据进行拟合，获取校正系数的最优解；
(S40)分段标定所述待校正的空气质量检测设备SD的各段子量程内的最优校正系数。
具体地，所述步骤(S10)中根据PM2.5浓度标准的倍数点值划分子量程。
进一步地，所述步骤(S20)包括如下步骤：
(S21)用净化器将标定房内的PM2.5浓度降低到所述划分的最低的子量程内的任意值；
(S22)用待校正的空气质量检测设备SD和标准设备在标定房内进行多次测量，并记录测量结果；
(S23)用注烟器向标定房内注烟使其内PM2.5浓度处于所述划分的第二低的子量程内的任意值；
(S24)重复步骤(S22)的过程测量并记录结果；
(S25)重复步骤(S23)～(S24)由低到高地分别在每段子量程内进行测量并记录结果。
更进一步地，所述步骤(30)中，根据算式Yi＝HiXi(i∈R)计算校正系数，其中，Yi＝[y1,y2,y3,y4,y5......]T为标准设备的测量值，Xi＝[x1,x2,x3,x4,x5......]为待校正SD的测量值，Hi＝[h1,h2,h3,h4,h5......]T为校正系数。
并且，所述步骤(30)中，引入残差函数S(h)＝||Y-HX||2计算校正系数，当时，S(h)有最小值，最优求导，获得校正系数的最优解
本发明还提供了一种由上述方法标定的空气质量检测设备SD的测量方法，包括如下步骤：
(C1)以所述空气质量检测设备SD的当前校正系数进行PM2.5测量；
(C2)判断测量结果是否属于当前校正系数所对应的子量程，若是，则完成测量，跳转至步骤(C4)，否则进行下一步；
(C3)根据测量结果将SD的校正系数调整为该测量结果对应子量程范围内的校正系数，并重新进行PM2.5测量；
(C4)保存并显示测量结果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对待校正设备安装量程范围进行分区，通过最小二乘法将每段分区的校正系数进行最优拟合，如此降低了随机漂移误差对设备测量值的影响，同时这种分段校正方式有效地避开了一些测量死区对设备精度的影响，精确度大大提高，并且本发明设计巧妙，过程简洁，应用方便快捷，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明-实施例中分段校正过程的流程示意图。
图3为本发明中测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图2所示，该分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，主要是针对现有的空气质量检测设备采用的校正方法中由于引入原传感器的机械误差、漂移误差等使得整机设备的检测精度低、误差大的问题。
其具体实现包括如下步骤：
(S10)将待校正的空气质量检测设备SD的PM2.5浓度总量程由低到高至少划分为三段子量程；其中根据PM2.5浓度标准的倍数点值划分子量程，如目前国内PM2.5浓度的标准为75ug/m3，则可将总量程划分为小于75ug/m3的低浓度子量程、介于75ug/m3-150ug/m3之间的中浓度子量程、大于150ug/m3之的高浓度子量程。
(S20)控制标定房内的PM2.5浓度处于各段子量程内一段时间，在各段时间内分别用待校正的空气质量检测设备SD和标准检测设备同时进行多次PM2.5浓度的测量，并记录测量结果；具体地：
(S21)用净化器将标定房内的PM2.5浓度降低到所述划分的最低的子量程(即低浓度子量程)内的任意值；
(S22)用待校正的空气质量检测设备SD和标准设备在标定房内进行多次测量，并记录测量结果；
(S23)用注烟器向标定房内注烟使其内PM2.5浓度处于所述划分的第二低的子量程(中浓度子量程)内的任意值；
(S24)重复步骤(S22)的过程测量并记录结果；
(S25)重复步骤(S23)～(S24)由低到高地分别在每段子量程内进行测量并记录结果，具体为使标定房内PM2.5浓度处于高浓度子量程内的任意值，然后用待校正的SD和标准设备进行多次测量，并记录结果。
(S30)利用最小二乘法对各段内测量的多个PM2.5浓度数据进行拟合，获取校正系数的最优解；具体计算方式为：根据算式Yi＝HiXi(i∈R)计算校正系数，其中，Yi＝[y1,y2,y3,y4,y5......]T为标准设备的测量值，Xi＝[x1,x2,x3,x4,x5......]为待校正SD的测量值，Hi＝[h1,h2,h3,h4,h5......]T为校正系数，并引入残差函数S(h)＝||Y-HX||2计算校正系数，当时，S(h)有最小值，最优求导，获得校正系数的最优解
(S40)分段标定所述待校正的空气质量检测设备SD的各段子量程内的最优校正系数。
如此经过分段标定后的SD能够有效避免传感器在组装整机设备中产生的各种误差，使SD整机的测量结果精确度更高。
如图3所示，本发明还提供了一种由上述方法标定的空气质量检测设备SD的测量方法，包括如下步骤：
(C1)以所述空气质量检测设备SD的当前校正系数进行PM2.5测量；
(C2)判断测量结果是否属于当前校正系数所对应的子量程，若是，则完成测量，跳转至步骤(C4)，否则进行下一步；
(C3)根据测量结果将SD的校正系数调整为该测量结果对应子量程范围内的校正系数，并重新进行PM2.5测量；
(C4)保存并显示测量结果。
如此使得SD整机的测量精度得到极大提高。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S10)将待校正的空气质量检测设备SD的PM2.5浓度总量程由低到高至少划分为三段子量程；
(S20)控制标定房内的PM2.5浓度处于各段子量程内一段时间，在各段时间内分别用待校正的空气质量检测设备SD和标准检测设备同时进行多次PM2.5浓度的测量，并记录测量结果；
(S30)利用最小二乘法对各段内测量的多个PM2.5浓度数据进行拟合，获取校正系数的最优解；
(S40)分段标定所述待校正的空气质量检测设备SD的各段子量程内的最优校正系数。
2.根据权利要求1所述的一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(S10)中根据PM2.5浓度标准的倍数点值划分子量程。
3.根据权利要求1所述的一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(S20)包括如下步骤：
(S21)用净化器将标定房内的PM2.5浓度降低到所述划分的最低的子量程内的任意值；
(S22)用待校正的空气质量检测设备SD和标准设备在标定房内进行多次测量，并记录测量结果；
(S23)用注烟器向标定房内注烟使其内PM2.5浓度处于所述划分的第二低的子量程内的任意值；
(S24)重复步骤(S22)的过程测量并记录结果；
(S25)重复步骤(S23)～(S24)由低到高地分别在每段子量程内进行测量并记录结果。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(30)中，根据算式Yi＝HiXi(i∈R)计算校正系数，其中，Yi＝[y1,y2,y3,y4,y5......]T为标准设备的测量值，Xi＝[x1,x2,x3,x4,x5......]为待校正SD的测量值，Hi＝[h1,h2,h3,h4,h5......]T为校正系数。
5.根据权利要求4所述的一种分段最优标定提高空气质量检测设备测量精度的方法，其特征在于，所述步骤(30)中，引入残差函数S(h)＝||Y-HX||2计算校正系数，当时，S(h)有最小值，最优求导，获得校正系数的最优解
6.由权利要求1～5任一项所述方法标定的空气质量检测设备SD的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(C1)以所述空气质量检测设备SD的当前校正系数进行PM2.5测量；
(C2)判断测量结果是否属于当前校正系数所对应的子量程，若是，则完成测量，跳转至步骤(C4)，否则进行下一步；
(C3)根据测量结果将SD的校正系数调整为该测量结果对应子量程范围内的校正系数，并重新进行PM2.5测量；
(C4)保存并显示测量结果。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161012 |