CN108779995A - 用于检测环境参数的传感器和用于校准这种传感器的方法 - Google Patents

用于检测环境参数的传感器和用于校准这种传感器的方法 Download PDF

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Abstract

用于检测环境参数的传感器(1)应当能以简单的方式来生产，该传感器具有发送装置(3)和校正装置(4)，借助于该发送装置可发出传感器(1)的输出信号，借助于该校正装置(4)可校正传感器测量值以输出经校正的输出信号，其中对于用于校准这种传感器的方法而言仅应当需要较小的耗费。为此建议，借助于其校准装置根据基于云的数据来校准该传感器。

Description

用于检测环境参数的传感器和用于校准这种传感器的方法
本发明涉及一种用于检测环境参数的传感器，该传感器具有发送装置和校正装置，借助于该发送装置可发出传感器的输出信号，借助于该校正装置可校正传感器测量值以输出经校正的输出信号，并且本发明还涉及一种用于校准这种传感器的方法。
这种用于检测环境参数的传感器自从相当长的时间起已经非常普遍并被用于各种目的。力求以尽可能少的经济耗费来生产这种用于检测环境参数的传感器，其中这些传感器的可靠功能性应当在尽可能长的使用期内得到保证。
出于成本原因，在廉价的传感器元件中使用便宜的传感器元件，例如湿度传感器、温度传感器等。这些传感器通常具有不足的或者较低的准确性(精度)。
为了提高通常包括传感器元件、信号处理装置和接口的传感器的准确性，执行校准。在此情况下，每个传感器的校正值被单独确定和存储。利用所存储的校正值，可以校正传感器的传感器测量值，以使得传感器的所输出的输出信号具有更高的准确性和质量。
这里的问题在于，对于现有技术中已知的校准方法，产生显著的经济和时间耗费。特别是对于这些传感器的用户来说，很少或根本不接受传感器的定期校准。
在此情况下特别地，这种传感器在使用寿命期间的降级是有问题的，因为在没有现有技术中已知的、准确且昂贵的、用于校准的装置和方法的情况下，这种传感器的测量值随着使用寿命的增加而显着地丧失质量。这种传感器降级的原因例如是所涉及的这种传感器的实际传感器元件的弄脏和污染。
从上述现有技术出发，本发明的任务在于，提供用于检测环境参数的传感器，包括移动和联网的这种传感器，其中在没有很大的技术构造和经济耗费的情况下确保由这些传感器提供的测量值在长寿命或使用寿命期间尽可能准确。
对于用于检测环境参数的传感器，该传感器具有发送装置和校正装置，借助于该发送装置可发出传感器的输出信号，借助于该校正装置可校正传感器测量值以输出经校正的输出信号，该任务通过以下方式来解决：该传感器可借助于其校正装置根据基于云的数据来校准。关于用于校准用于检测环境参数的传感器的方法，其中该传感器被校准以输出经校正的输出信号，解决方案在于：根据基于云的数据来校准该传感器。
校正数据的存储位置可以在传感器中或云中。如果数据存储在传感器中，则传感器中的测量值的校正也可以在不访问云的情况下(即离线地)执行。
如果校正值存储在云中或服务器上，则传感器需要访问云或服务器以输出经校正的测量值。传感器从服务器获得必要的校正值或者直接获得已经由服务器上的服务校正的测量值，该测量值然后可以直接输出。
适宜地，将服务器分配给这种传感器，借助于该服务器可以获得对基于云的数据的访问，可以从基于云的数据确定传感器的校正数据，并且可以将所确定的校正数据转发给传感器或其校正装置。由传感器发出的输出信号然后可以在校正之后根据传送到传感器的校正数据进行校正。
根据本发明的传感器的有利改进，传感器的输出信号可以基于所确定的校正数据在分配给它的服务器上被校正，并且经校正的输出信号可以被提供给传感器。
适宜地，校正数据可以根据传感器的输出信号和提供给传感器的经校正的输出信号来确定并存储在传感器上。
根据另一个适宜的实施例，可以借助于传感器来访问基于云的数据，并且可以根据基于云的数据来确定传感器的校正数据。
为了能够有目的地对这种传感器的测量信号进行加权，有利的是，可以将信号质量的特征值分配给传感器的输出信号。相应地，由这种传感器传送的测量值随后可以根据分配给传感器或其测量值的信号质量计入环境参数值的计算或确定。
在根据本发明的用于校准用于检测环境参数的传感器的方法的一个实施例中，基于云的数据是根据传感器标识、时间和位置存储的数据集，优选地多个类似的这种传感器的数据集。
有利地，在根据本发明的这种方法中，根据基于云的数据对相应传感器的输出信号进行可信性检查。
根据本发明的方法的有利改进，根据基于云的数据确定针对相应传感器的输出信号的校正数据，并且基于该校正数据来校准该传感器。
有利地，校正数据可存储在传感器中。
为了对相应传感器的输出信号进行加权，如果该输出信号被分配有信号质量的特征值，则是有利的。
在根据本发明的方法的另一个实施例中，基于云的服务接收传感器数据，为该传感器确定校正值，但不将这些校正值发送回传感器，而是仅在云中将这些校正数据用于进一步处理测量值。因此，传感器的用户或携带者没有获得向其显示的测量值的经改善的长期稳定性。但是，要在云中进一步处理的经校正的测量值具有更高的准确性和质量。
以下参照附图根据实施例来更详细地解释本发明，唯一的附图示出了根据本发明的用于校准用于检测环境参数的传感器的方法的实施例。
以下根据唯一的附图描述的根据本发明的传感器1具有传感器元件2，利用该传感器元件2可测量要检测的环境参数，该传感器1可用根据本发明的用于校准用于检测环境参数的传感器1的方法来校准。
要检测或要监视的环境参数可以是例如臭氧浓度、氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、空气温度、湿度、太阳辐射、UV(紫外线)辐射、灰尘量、位置、速度等。上面提到的环境参数的列举仅仅是示例性的。利用配备有相应设计的传感器元件2的传感器1可以检测或监视多个其他环境参数。
这种传感器1可以例如固定安装在建筑物或测量站中。它们也可以用作移动传感器，例如，设置在车辆或移动电话中。作为所谓的“可穿戴设备”的设计(例如在服装中)也是可能的。
用于检测环境参数的大多数这种传感器1检测相应的环境参数或数据，以向所有者或所谓的“社区”提供这些测量数据。
然后例如借助于基于云的设备来使得社区能够访问用于检测环境参数的大量这种传感器1的准备好并且例如可视化的测量数据。
在这种办法或这种方法中，例如根据检测温度数据的、在地理区域(例如，城市或地区)上分布的大量(也是移动的)传感器1的现有温度数据以及同样现有的位置数据，可以制作所涉及的城市或地区的温度图并且能够访问该温度图。
类似地，可以提供城市或地区的表示相应空气质量的地图，用户借助于该地图可以例如避开当前具有高污染物浓度的地点。
发送装置3和校正装置4属于传感器1。借助于发送装置3可发出传感器1的输出信号。借助于校正装置4可校准传感器1以输出经校正的输出信号。
借助于校正装置4通过以下方式来实现传感器校准：针对传感器1，为传感器1的传感器测量值或输出信号计算一个或多个校正值或者校正函数。这些校正值或校正函数在以下被称为“校正数据”。
在附图中所示的本发明的实施例中，通过所谓的“基于社区(CB)的服务”在服务器5处计算这些校正数据。在该CB服务中，大量这种(也是移动的)传感器1的测量数据被收集并且作为数据集与传感器1的相应标识、测量的时间和位置一起被存储。
在足够多数量的这种传感器1以及与之伴随的相应传感器数据集的情况下，上述CB服务可以基于此来计算或估计传感器1的测量数据在多大程度上随时间和地点与其他传感器1的测量数据相关。
相应地，相应传感器1的校正数据然后可以借助通用的计算来重新确定。
在传感器1的输出信号被可视化和公布之前，由CB服务在处理相应传感器1的测量数据时考虑如此确定或计算的校正数据。
如果与传感器1存在双向连接，则该校正数据也可供传感器1使用。校正数据可以从服务器5或CB服务提供给传感器1。校正数据的交换可以直接在“空中”或有线地进行。
校正数据可以存储在传感器1中。然后可以在离线模式中校正传感器1的输出信号。校正数据随后在传感器1中应用于其测量数据。相应地校正的测量数据随后在云6中提供给用户或社区。
替换地，传感器1提供其未经校正的测量数据以及校正数据。
传感器1提供其未经校正的测量数据并且CB服务向社区提供相应传感器1的校正数据也是可能的。
利用其经校正或未经校正的测量数据，传感器1可以提供分配给其的QoS(服务质量)指示符，该指示符是信号质量的特征值。该QoS指示符可以由传感器1提供和/或在数据库中管理。该QoS指示符可以分配给单个传感器1或一组传感器1。
如果传感器1是所谓的“低成本传感器”，则该传感器1可以首先例如被分配平均QoS指示符(例如，在“0”到“10”的值范围的情况下为“5”)。在没有校准的情况下长时间使用或运行之后，QoS指示符可以降低到低于“5”的值。校准后，QoS指示符可以再次提高到更高的值。
如果传感器1是高质量传感器(例如，经校准的传感器)，则该传感器1可以首先被分配高QoS指示符(例如，在从“0”到“10”的上述值范围的情况下为“10”)。在没有校准的情况下长时间使用或运行之后，该QoS指示符可以降低到低于“10”的值。校准后，QoS指示符可以再次提高到更高的值。
分配给相应传感器1的QoS指示符因此决定了相应传感器1的测量值或输出信号被包括在所涉及的环境参数值的总体计算中的程度。

Claims (13)

1.一种用于检测环境参数的传感器(1)，所述传感器(1)具有发送装置(3)和校正装置(4)，借助于所述发送装置(3)能发出所述传感器(1)的输出信号，借助于所述校正装置(4)能校正传感器测量值以输出经校正的输出信号，其特征在于，所述传感器(1)能借助于其校正装置(4)根据基于云的数据来校准。
2.如权利要求1所述的传感器(1)，其特征在于，服务器(5)被分配给所述传感器(1)，借助于所述服务器(5)能获得对所述基于云的数据的访问，能从所述基于云的数据确定所述传感器(1)的校正数据，并且能将所确定的校正数据转发给所述传感器(1)或其校正装置(4)。
3.如权利要求2所述的传感器(1)，其特征在于，在分配给所述传感器(1)的所述服务器(5)上能根据所确定的校正数据来校准所述传感器(1)的所述传感器测量值，并且经校正的输出信号能提供给所述传感器(1)。
4.如权利要求3所述的传感器(1)，其特征在于，能由所述传感器(1)的传感器测量值和提供给所述传感器(1)的经校正的输出信号来确定所述校正数据并且存储所述校正数据。
5.如权利要求1到4中的一项所述的传感器(1)，其特征在于，借助于所述传感器(1)能访问基于云的数据并且能根据所述基于云的数据来确定所述传感器(1)的校正数据。
6.如权利要求1到5中的一项所述的传感器(1)，其特征在于，借助于所述传感器(1)能将信号质量的特征值分配给所述传感器(1)的输出信号。
7.一种用于校准用于检测环境参数的传感器(1)的方法，其中所述传感器被校准以输出经校正的输出信号，其特征在于，根据基于云的数据来校准所述传感器(1)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于云的数据是根据传感器标识、时间和位置存储的数据集，优选地多个类似的传感器(1)的数据集。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述传感器(1)的所述输出信号根据所述基于云的数据来经受可信性检查。
10.如权利要求7到9中的一项所述的方法，其特征在于，根据所述基于云的数据来确定用于所述传感器(1)的所述输出信号的校正数据并且基于所述校正数据来校准所述传感器(1)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述校准数据被存储在所述传感器(1)中。
12.如权利要求7到11中的一项所述的方法，其特征在于，将信号质量的特征值分配给所述传感器(1)的所述输出信号。
13.一种用于校正传感器(1)的传感器数据的方法，其中由基于云的服务接收所述传感器数据，针对所述传感器(1)由所述基于云的服务确定校正数据，以及在云中将所述校正数据用于所述传感器(1)的所述传感器数据的进一步处理。
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