CN108225399B - 一种传感器系统的通用修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器系统的通用修正方法，步骤如下：(1)、获取标准传感器单位载荷所引起的测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值C_r；(2)、获取待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s；(3)、获取标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值：C_e；(4)、计算待校准传感器系统修正值C＝C_s·C_e/C_r，并获取待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀；(5)、对待校准传感器加载后待校准测量设备的原始采集值d₁进行修正，得到待校准传感器的载荷。该方法大大提高了传感器的标定效率和使用便捷性。

Description

一种传感器系统的通用修正方法

技术领域

本发明涉及一种传感器系统的通用修正方法，可以在不需要重新标定的情况下实现传感器和仪器设备的任意配对使用，主要在传感器数字测量系统中使用，属于传感器与测量技术领域。

背景技术

传感器是物理量的感应元件，应用于监控及测量行业。市场主流的传感器多以电信号向外输出信号。由于传感器在技术上的局限，多少都存在零点漂移、温度漂移等问题，这也导致传感器的输出信号本身并没有完全统一的标准。为了实现标准的电信号输出，就必须在后续加入变送器电路将传感器信号校准处理。这种变送器一般有两个电位器，一个用于调节输出信号零位值，另一个用于调节传感器灵敏度，但两者之间并不能独立调节，标定传感器时需要反复调节两个电位器才能完标定。另外当传感器发生零漂时，由于传感器灵敏度和零点调节不独立，只能返厂重新标定，这给使用带来很多麻烦。

另一种思路是不做信号标准化处理，通过修正值进行后期算法校准。目前市场上已出现通过后期修正来实现传感器标定的仪表，这种方法很好地解决了传感器灵敏度和零点调节不独立的问题，即使传感器发生零漂，用户只要做简单处理就可以清除掉零点。同时实现了不同传感器与相同仪表间互换使用的问题。但此方法对仪表参数一致性要求非常高。

但近年来，由于新需求的提出，用户往往需要在同一个设备或仪表上连接多个传感器使用，这些传感器量程大多不同，甚至测量的物理量也不同。有时同一个传感器还要在不同的设备或仪表上使用。显而易见，用简单的后期修正来实现传感器与仪表任意配对使用已不可能。这样往往还是需要返厂对传感器和仪表一对一标定才可使用，大大影响了传感器的使用方便性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种传感器系统的通用修正方法，在保证精度的同时实现了不同设备(仪表)与不同批次、不同量程、不同类型传感器之间的任意互换，最大程度提高了传感器的标定效率和使用便捷性。

本发明的技术解决方案是：一种传感器系统的通用修正方法，所述传感器系统包括传感器和测量仪表，测量仪表通过AD采样将传感器测量得到的反映物理量大小的模拟信号转换成数字量，反演出传感器所测量的物理量大小并显示，该方法步骤如下：

(1)、将标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，获取标准传感器单位载荷所引起的测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值：C_r；

(2)、将待校准传感器连接在标准测量设备E_r上配对使用，获取待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s；

(3)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，获取标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值：C_e；

(4)、根据标定参考值C_r、待校准传感器的标定值C_s、待校准测量设备的标定值C_e，计算待校准传感器系统修正值C，将待校准传感器接入待校准测量设备上配对使用，并记下当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀；

(5)、采用待校准传感器系统修正值C和当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀，对待校准传感器加载后待校准测量设备的原始采集值d₁进行修正，得到待校准传感器的载荷。

步骤(5)的修正方法为：待校准传感器的载荷f＝(d₁-D₀)/C。

所述原始采集值为一次采集的AD采集值、一段时间内AD采集数据的平均值或者经过滤波处理后得到的AD采集值平均值。

所述步骤(1)的具体方法为：

(1.1)、将测量标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_r0；

(1.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_r1；

(1.3)、计算标准传感器单位载荷所引起的标准测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值C_r，具体的计算公式为：

C_r＝(D_r1-D_r0)/F_r

式中，F_r为标准传感器的量程。

所述步骤(2)的具体方法为：

(2.1)、将待校准传感器接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_s0；

(2.2)、将待校准传感器上增加载荷，使待校准传感器的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_s1；

(2.3)、计算待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s，具体计算公式为：

C_s＝(D_s1-D_s0)/F_s

式中，F_s为待校准传感器的量程。

所述步骤(3)的具体方法为：

(3.1)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，标准传感器空载，并记下此时待校测量设备的原始采集值D_e0；

(3.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，记下此时待校测量设备的原始采集值D_e1；

(3.3)、计算获得标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值C_e，具体的计算公式为：

C_e＝(D_e1-D_e0)/F_r。

所述步骤(5)计算待校准传感器系统修正值C的公式为：

C＝C_s·C_e/C_r。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用数字标定的方法，无需返厂重新即可实现不同测量设备(仪表)与不同批次、不同量程、不同类型传感器之间的任意互换，从而大大简化了传感器的使用过程，增加了传感器的使用灵活性，更方便地实现设备(仪表)对传感器的一配多个、一配多种量程、一配多种类型传感器，为传感器的使用方式创造更多可能性。

(2)、本发明由于提高了传感器参数及测量设备(仪表)参数的通用性，使得运用本方法校准过的传感器，不会因更换不同仪表而再次返厂标定，从而避免了重复和不必要的标定工作，提高了标定效率。

(3)、本发明与现在市场主流的测量设备(仪表)对传感器一配一使用方式相比，为用户在产品选型提供方便，同时避免了捆绑销售。

附图说明

图1为本发明一种传感器系统的通用修正方法流程图；

图2(a)为本发明实施例中的步骤(1)的流程图；

图2(b)为本发明实施例中的步骤(2)的流程图；

图2(c)为本发明实施例中的步骤(3)的流程图；

图2(d)为本发明实施例中的步骤(4)的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

传感器系统的校准是指通过模数转换器件(简称AD)采集到的原始采集值反演出传感器所测量的物理量大小的过程。校准方法包括传感器本身的校准方法，以及传感器测量AD器件(或设备、仪器等)的校准方法。因此传感器系统的通用校准方法中不仅将传感器作为校准对象，同时也将传感器的测量器件(例如AD器件、设备、仪器等)也作为校准对象。

对传感器输出信号校准，常用的两种方法，一种是将输出的电信号经变送器电路做标准化处理，最终输出一个符合工业标准的电信号。些种方法简单但缺点也很明显，用户不能自行做调零操作，只能返厂由标定工人处理。另一种思路是采集传感器的原始信号，通过修正值对传感器原始值做后期算法校准从而到准确的测量量。这种方法很好地解决了用户调零问题，即使传感器发生零漂，用户只要做简单处理就可以清除掉零点，同时也实际了部分的传感器的互换功能。但这种简单修正方法忽略了仪表(设备)的差异性，也忽略了不同量程和不同类型传感器之间的差异性。为了修正仪表(设备)对传感器测量结果的影响，我们将仪表(设备)参数也做了校准。同时将反应传感器量程的参数引入校准过程，从而实现了不同设备(仪表)与不同批次、不同量程、不同类型传感器之间的任意互换。

如图1所示，本发明提出了一种传感器系统的通用修正方法，所述传感器系统包括传感器和测量仪表，测量仪表通过AD采样将传感器测量得到的反映物理量大小的模拟信号转换成数字量，反演出传感器所测量的物理量大小并显示，其特征在于步骤如下：

(1)、将标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，获得标准传感器单位载荷所引起的测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值：C_r；

如图2(a)所示，该步骤的具体方法为：

(1.1)、将测量标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_r0；所述原始采集值为一次采集的AD采集值、一段时间内AD采集数据的平均值或者经过滤波处理后得到的AD采集值平均值，例如，平滑滤波等。

(1.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_r1；

(1.3)、计算标准传感器单位载荷所引起的标准测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值C_r，具体的计算公式为：

C_r＝(D_r1-D_r0)/F_r

，式中，F_r为标准传感器的量程。

(2)、将待校准传感器连接在标准测量设备E_r上配对使用，获得待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值：C_s；

如图2(b)所示，该步骤的具体方法为：

(2.1)、将待校准传感器接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_s0；

(2.2)、将待校准传感器上增加载荷，使待校准传感器的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_s1；

(2.3)、计算待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s；，具体计算公式为：

C_s＝(D_s1-D_s0)/F_s

式中，F_s为待校准传感器的量程。

(3)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，获得标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值：C_e；

如图2(c)所示，该步骤的具体方法为：

(3.1)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，标准传感器空载，并记下此时待校测量设备的原始采集值D_e0；

(3.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，记下此时待校测量设备的原始采集值D_e1；

(3.3)、计算获得标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值C_e，具体的计算公式为：

C_e＝(D_e1-D_e0)/F_r。

(4)、计算待校准传感器系统修正值C＝C_s·C_e/C_r，将待校准传感器接入待校准测量设备上配对使用，并记下当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀，如图2(d)所示。

(5)、采用待校准传感器系统修正值和当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀，对待校准传感器加载后待校准测量设备的原始采集值d₁进行修正，得到待校准传感器的载荷为f＝(d₁-D₀)/C。

实施例1:同型号不同批次的称重传感器S_a,S_b接入同一测量设备E_m

选取作为标准的传感器S_r和测量设备E_r，将标准传感器S_r和标准测量设备E_r连接组成一个传感器系统。标准传感器S_r不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为52.2，记下D_r0＝52.2。标准传感器S_r加载满载重量500kg的情况下，此时原始采集值为5496.7，记下D_r1＝5496.7，得到标定参考值C_r＝(5496.7-52.2)/(500kg)＝10.889/kg。

将传感器S_a和标准测量设备E_r连接组成一个传感器系统。传感器S_a不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为173.6，记下D_s0＝173.6。传感器S_a加载满载重量7kg的情况下，此时原始采集值为8163.8，记下D_s1＝8163.8，计算S_a的标定参考值C_sa＝(8163.8-173.6)/(7kg)＝1141.5/kg。

将传感器S_b和标准测量设备E_r连接组成一个传感器系统。传感器S_b不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为164.1，记下D_s0＝164.1。传感器S_b加载满载重量7kg的情况下，此时原始采集值为8345.2，记下D_s1＝8345.2，计算S_b的标定参考值C_sb＝(8345.2-164.1)/(7kg)＝1168.7/kg隐含了一个量：。

将标准传感器S_r和测量设备E_m连接组成一个传感器系统。标准传感器S_r不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为-73.8，记下D_e0＝-73.8。标准传感器S_r加载满载重量500kg的情况下，此时原始采集值为3291.4，记下D_e1＝3291.4，计算E_m的标定值C_e＝(3291.4+73.8)/(500kg)＝6.7304/kg。

当传感器S_a和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_a＝(1141.5/kg)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝705.55/kg，系统修正关系

单位kg。

当传感器S_b和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_b＝(1168.7/kg)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝722.36/kg/kg，系统修正关系

单位kg。

实施例2:同种类型不量程称重传感器S_a,S_c接入同一测量设备E_m

将传感器S_c和标准测量设备E_r连接组成一个传感器系统。传感器S_c不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为181.6，记下D_s0＝181.6。传感器S_c加载满载重量20t的情况下，此时原始采集值为10347.8，记下D_s1＝10347.8，计算S_c的标定参考值C_sc＝(10347.8-181.6)/(20t)＝508.31/t。

当传感器S_a和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_a＝(1141.5/kg)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝705.55/kg，系统修正关系

单位kg。,

当传感器S_c和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_c＝(508.31/t)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝314.18/t，系统修正关系

单位t。

实施例3:称重传感器S_a、温度传感器S_d接入同一测量设备E_m

将温度传感器S_d和标准测量设备E_r连接组成一个传感器系统。温度传感器S_d在0℃时原始采集值为-72.3，记下D_s0＝-72.3。温度传感器S_d加载到100℃时原始采集值为9382.4，记下D_s1＝9382.4，计算温度传感器S_d的标定参考值C′_s＝(9382.4+72.3)/(100℃)＝94.547/℃)。

当传感器S_a和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_a＝(1141.5/kg)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝705.55/kg，系统修正关系

单位kg。，系统修正关系,

当温度传感器S_d和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_d＝(94.547/℃)·(6.7304/kg)/(10.889kg)＝58.439/℃/，系统修正关系

单位℃

实施例4:同一传感器S_a分别接入不同测量设备E_m，和E_n上

将标准传感器S_r和测量设备E_n连接组成一个传感器系统。标准传感器S_r不加载任何重量的情况下，此时原始采集值为13.4，记下D_e0＝13.4。标准传感器S_r加载满载重量500kg的情况下，此时原始采集值为6927.1，记下D_e1＝6927.1，计算E_n的标定值C′_e＝(6927.1-13.4)/(500kg)＝13.827/kg。

当传感器S_a和测量设备E_m连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_a＝(1141.5/kg)·(6.7304/kg)/(10.889/kg)＝705.55/kg，系统修正关系

单位kg。，系统修正关系,

当传感器S_a和测量设备E_n连接组成一个传感器系统时，系统修正值C_n＝(1141.5/kg)·(13.827/kg)/10.889/kg＝1449.5/kg，系统修正关系

单位kg。

由上可知，本发明提供的传感器系统通用校准方法适用于已知初始物理量大小或只关心物理量增量的情形。此传感器通用校准方法的运用，解决了在保持传感器测量准确度的前提下不同传感器(包括同一类型不同量程的传感和测量不同物理量的传感器)与不同数字采集(或测量)设备(仪表)互换问题。根据本方法传感器和测量设备只需在出厂时给出标定参数(传感器标定值C_s、传感器标定时所用的单位Y、设备标定值C_e、标准参考值C_r)，就可保证传感器与任意数字采集(或测量)设备(仪表)的匹配，避免了同一测量设备(仪表)更换不同传感器后的重新标定，也避免了同一传感器连接不同测量设备(仪表)后的重新标定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种传感器系统的通用修正方法，所述传感器系统包括传感器和测量仪表，测量仪表通过AD采样将传感器测量得到的反映物理量大小的模拟信号转换成数字量，反演出传感器所测量的物理量大小并显示，其特征在于步骤如下：

(1)、将标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，获取标准传感器单位载荷所引起的测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值：C_r；

(2)、将待校准传感器连接在标准测量设备E_r上配对使用，获取待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s；

(3)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，获取标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值：C_e；

(4)、根据标定参考值C_r、待校准传感器的标定值C_s、待校准测量设备的标定值C_e，计算待校准传感器系统修正值C，将待校准传感器接入待校准测量设备上配对使用，并记下当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀；

计算待校准传感器系统修正值C的公式为：

C＝C_s·C_e/C_r；

(5)、采用待校准传感器系统修正值C和当待校准传感器空载时待校准测量设备的原始采集值D₀，对待校准传感器加载后待校准测量设备的原始采集值d₁进行修正，得到待校准传感器的载荷；

待校准传感器的载荷f＝(d₁-D₀)/C。

2.根据权利要求1所述的一种传感器系统的通用修正方法，其特征在于所述原始采集值为一次采集的AD采集值、一段时间内AD采集数据的平均值或者经过滤波处理后得到的AD采集值平均值。

3.根据权利要求1所述的一种传感器系统的通用修正方法，其特征在于所述步骤(1)的具体方法为：

(1.1)、将标准传感器S_r连接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_r0；

(1.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_r1；

(1.3)、计算标准传感器单位载荷所引起的标准测量仪器原始采集值变化量，作为标定参考值C_r，具体的计算公式为：

C_r＝(D_r1-D_r0)/F_r

式中，F_r为标准传感器的量程。

4.根据权利要求1所述的一种传感器系统的通用修正方法，其特征在于所述步骤(2)的具体方法为：

(2.1)、将待校准传感器接在标准测量设备E_r上配对使用，保持传感器空载，并记下标准测量设备E_r的原始采集值D_s0；

(2.2)、将待校准传感器上增加载荷，使待校准传感器的载荷达到设计满程，此时记下测量设备E_r的原始采集值D_s1；

(2.3)、计算待校准传感器单位载荷所引起的标准测量设备E_r原始采集值变化量，作为待校准传感器的标定值C_s；具体计算公式为：

C_s＝(D_s1-D_s0)/F_s

式中，F_s为待校准传感器的量程。

5.根据权利要求1所述的一种传感器系统的通用修正方法，其特征在于所述步骤(3)的具体方法为：

(3.1)、将标准传感器S_r接入待校准测量设备上配对使用，标准传感器空载，并记下此时待校测量设备的原始采集值D_e0；

(3.2)、在标准传感器S_r上增加载荷，使标准传感器S_r的载荷达到设计满程，记下此时待校测量设备的原始采集值D_e1；

(3.3)、计算获得标准传感器单位载荷所引起的待校准测量设备原始采集值变化量，作为待校准测量设备的标定值C_e，具体的计算公式为：

C_e＝(D_e1-D_e0)/F_r；

式中，F_r为标准传感器的量程。

Images