CN108844647A - 一种确定温度传感器最佳安装位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，基于计算机快速模拟指导安装，能够精确调整安装位置至允许精度偏差，获得最佳安装位置。通过预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT与预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的关系指导安装，平衡部署位置与测量精度的矛盾，实现传感器精确安装，同时提高测温精确度。本发明通过建立预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT与预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的四维图指导安装，避免测点部署不理想造成的测温精度下降，操作方便、效率高。还可以通过或联合四维图的等高线指导安装，操作简单、方便，显示直观。

Description

一种确定温度传感器最佳安装位置的方法

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，用于指导测温方案中传感器精确安装，同时提高测温精确度。

背景技术

在测温方案中，测温会受到测点的部署位置、测点所处的环境(如金属环境)等因素的影响。目前在进行安装时，安装过程依靠施工人员的经验，当封闭环境中结构复杂时，严重影响部署效果，进而影响测温精度，往往无法找到最佳安装位置。

在测点部署过程中，理想的位置可能不具备部署条件，具备部署条件的位置测点精度偏差较大，如何平衡部署位置与测量精度的矛盾，还未能很好的解决。

为了避免测点部署不理想造成的测温精度下降，需要一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，用于指导测温方案中传感器精确安装，同时提高测温精确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，基于计算机快速模拟指导安装，能够精确调整安装位置至允许精度偏差，获得最佳安装位置。

为实现上述目的，本发明的一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，包括如下步骤：

步骤1，生成温度传感器安装环境的环境模型；

步骤2，在温度传感器的安装环境中放置信号源天线，获得步骤1生成的环境模型的信号强度空间分布；

步骤3，信号强度空间分布最大值对应的位置(x₀，y₀，z₀)为理想安装位置，测量理想安装位置对应的温度T₀；

信号强度空间分布中各个信号加强点对应的位置(x、y、z)为预安装位置，测量各个预安装位置对应的温度T_x；

步骤4，将各个T_x分别与T₀相减，分别得到各个预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT；各个预安装位置与理想安装位置的位置偏差为(Δx,Δy,Δz)，其中Δx＝x-x₀；Δy＝y-y₀；Δz＝z-z₀；得到ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系；

步骤5，根据测温精度要求，基于ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系，得到温度传感器最佳安装位置。

其中，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图，根据测温精度要求，在ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图上直接寻找满足该测温精度要求的ΔT对应的坐标偏差，按此坐标偏差部署测点，得到温度传感器最佳安装位置。

其中，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图的等高线，根据测温精度要求，在满足精度要求的ΔT对应的等高线上寻找安装位置，得到温度传感器最佳安装位置。

其中，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图及其等高线，根据测温精度要求，在ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图上直接寻找满足该测温精度要求的ΔT对应的坐标偏差，并在所述坐标偏差等高线上寻找安装位置，若所述坐标偏差等高线上的安装位置均不具备安装条件，则依据具备安装位置的点所在的等高线确定满足测温精度要求的安装位置。

其中，还包括步骤6；

所述步骤6如下：获得理想位置不同时刻信号标准差与预安装位置不同时刻信号标准差的偏差ΔStd；建立标准差偏差ΔStd与(Δx,Δy,Δz)的对应关系，将标准差偏差ΔStd反馈给测温系统，测温系统根据标准差偏差ΔStd与(Δx,Δy,Δz)的对应关系动态调节信号标准差，获得稳定的测温数据。

有益效果：

本发明提出计算机快速模拟指导安装方案，得到预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT，预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)，通过测温精度ΔT与位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的关系指导安装，平衡部署位置与测量精度的矛盾，实现传感器精确安装，同时提高测温精确度。

本发明通过建立预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT与预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的四维图指导安装，避免测点部署不理想造成的测温精度下降，操作方便、效率高。

本发明通过建立预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT与预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的四维图的等高线指导安装，操作简单、方便，显示直观。

本发明通过建立预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT与预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)之间的四维图及其等高线联合指导安装，操作简单、方便，显示直观，精度更高。

本发明在已知位置偏差(Δx,Δy,Δz)时，在四维图上得到当前位置的信号标准差偏差ΔStd，将此偏差发送给测温系统，系统根据该标准差调节测温算法，可以获得稳定的测温数据。

附图说明

图1为本发明确定温度传感器最佳安装位置的方法流程图。

图2为本发明中计算机快速生成的环境模型示意图。

图3为本发明中ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化四维图。

图4为本发明中利用等高线指导安装示意图。

图5为本发明中ΔStd随(Δx,Δy,Δz)变化四维图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，该方法通过天线测量获得安装环境的腔体尺寸(长宽高)以及腔体内障碍物的位置及其尺寸，利用计算机快速生成温度传感器安装环境的结构模型，然后进行计算机仿真模拟，具体过程如下：利用电磁波传输特性计算天线测量信号强度的空间分布RSSI(x,y,z)，获取当前环境下的最佳安装位置RSSI_max(x₀,y₀,z₀)，系统测量当前位置的温度，然后根据计算的信号强度的空间分布情况寻找信号加强点位置，测温系统测量信号加强点位置的温度；对比加强点位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)，温度偏差ΔT；然后建立空间位置偏差(Δx,Δy,Δz)与ΔT的四维图；根据实际工况允许的精度偏差，以ΔT四维图及相应的等高图指导测点的精确安装，精确调整安装位置至允许精度偏差，获得最佳安装位置。同理，可以生成测点信号与理想位置的标准差偏差ΔStd的四维图，将测点的ΔStd反馈给系统，系统根据ΔStd实时调节测温算法，获得稳定测温。

本发明方法的具体实现步骤如下：

实施例一：步骤1，确定温度传感器的测温环境，生成温度传感器安装环境的环境模型：安好温度传感器的天线，记下位置，然后通过调整传感器的位置来获得最佳安装位置；如果是金属柜，确定金属柜的长(l)、宽(w)和高(h)，天线位置(x₁，y₁，z₁)，内部障碍物i的位置(X_i，Y_i，Z_i)，i＝1,2,3……以及内部障碍物i的长(L_i)、宽(W_i)和高(H_i)。

f₁＝f(l,w,h；x₁,y₁,z₁；X₁,Y₁,Z₁,L₁,W₁,H₁；X₂,Y₂,Z₂,L₂,W₂,H₂...) (1)

其中，式(1)表示生成环境模型的计算机程序，调用该程序即可通过计算机快速生成仿真模型，本发明中计算机快速生成的环境模型示意图如图2所示。

步骤2，根据步骤1生成的环境模型进行计算机仿真，利用电磁波传输性质，根据公式2计算天线位置(x₁，y₁，z₁)辐射信号强度的空间分布RSSI(x,y,z)。

计算信号强度的空间分布时，可根据需要考虑多级透射与多级反射，以一级反射与透射为例，计算图2所示环境模型的信号强度的空间分布。计算方法如下：

公式(2)中，表示天线发射的电磁波的强度矢量，R₁表示环境内壁的反射系数，T₁表示障碍物1的透射系数，T₂表示障碍物2的透射系数，图2所示的两路信号在传输过程中分别发生了一次反射和两次透射，对于障碍物，ρ_R+ρ_T+ρ_A＝1，其中ρ_R、ρ_T以及ρ_A分别表示材料的反射系数、透射系数和吸收系数。

步骤3，根据公式(2)计算得到天线辐射信号强度在金属柜中的空间分布RSSI(x,y,z)，得到信号强度的最大值RSSI_max(x₀,y₀,z₀)，则位置(x₀，y₀，z₀)为理想安装位置，测量理想安装位置对应的温度T₀。

分别计算图2中经过透射和反射到达测点的两路信号的电磁波路程差(或者计算两者矢量和)，计算过程考虑电磁波通过障碍物时的半波损失，其中波长λ＝c/f，c为光速，f为电磁波频率。当路程差为电磁波半波长的偶数倍时，测点为信号加强点，测点信号强度为两路信号相加；当路程差为半波长的奇数倍时，测点为信号减弱点，测点信号为两路信号相减。

各个加强点位置作为预安装位置坐标(x、y、z)，测量各个预安装位置对应的温度T_x；

步骤4，将各个T_x与T₀相减，分别得到各个预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT，ΔT＝T_x-T₀；

同时，计算各个预安装位置与理想安装位置的位置偏差(Δx,Δy,Δz)，其中Δx＝x-x₀；Δy＝y-y₀；Δz＝z-z₀。得到ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系；

步骤5，根据测温精度要求，基于ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系，得到温度传感器最佳安装位置。

另外，可以以(Δx,Δy,Δz)与ΔT的对应关系建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图，如图3所示。以图3指导测点精确安装，安装过程根据图3建立的四维图，根据测温精度要求，在图3上直接寻找满足该测温精度要求的ΔT对应的坐标偏差，此坐标偏差为安装位置与理想安装位置的偏差，按此坐标偏差部署测点，得到温度传感器最佳安装位置。

进一步地，由于同一个位置不同时间的温度是可能有偏差的，在得到理想位置后，要多次采集温度数据，对这些数据进行计算，获得理想位置标准差，理想位置的温度相对稳定，理想位置标准差是比较小的。同样的道理，在同一信号加强点多次测量，获得温度数据，然后计算预安装位置标准差，若不是最佳安装位置标准差预安装位置标准差比理想位置标准差要大一些。预安装位置标准差与理想位置标准差的差为标准差偏差ΔStd，安装过程根据需要可以建立(Δx,Δy,Δz)与标准差偏差ΔStd的四维图，以标准差偏差ΔStd反馈给测温系统，测温系统动态调节信号标准差，获得稳定的测温数据。所述确定温度传感器最佳安装位置的方法还包括步骤6，步骤6具体如下：

步骤61，测量并统计理想安装位置不同时刻的信号，对这些数据进行计算，获得理想位置标准差Std₀；

步骤62，测量并统计各个预安装位置不同时刻的信号，对这些数据分别进行计算，获得各个预安装位置标准差Std_x；

步骤63，将Std₀与各个Std_x相减，得到理想位置与各个预安装位置的标准差偏差ΔStd；

步骤64，以所有(Δx,Δy,Δz)和ΔStd建立四维图，得到ΔStd四维图，ΔStd随(Δx,Δy,Δz)变化四维图如图5所示；

步骤65，根据ΔStd四维图反馈测温系统。具体如下：在已知位置偏差(Δx,Δy,Δz)时，在四维图上得到当前位置的信号标准差偏差ΔStd，将此偏差发送给测温系统，系统根据该标准差调节测温算法，获得稳定的测温数据。

实施例二：在实施例1的基础上，将图3中ΔT相等的位置在Δx-o-Δy平面投影，得到ΔT在Δx-o-Δy面上的等高线，如图3中Δx-o-Δy平面细线所示，同理可以在Δx-o-Δz，Δz-o-Δy平面建立等高线；根据测温精度要求，在满足精度要求的ΔT对应的等高线上寻找安装位置，即可迅速准确部署传感器安装位置。以Δx-o-Δy上的等高线应用为例，如图4所示，在相同的Δy位置偏差线上，由位置1移动Δx₁，即可调节ΔT＝1，由位置2移动Δx₂即可调节ΔT＝0.5，从而实现测温精度调节。

实施例三：在实施例2的基础上，综合利用图3建立的四维图与对应的等高线，指导现场测点部署。具体的安装过程：依据图3建立的四维图，根据测温精度要求，在图3上直接寻找该测温精度对应的(Δx,Δy,Δz)，如果当前位置不具备安装条件，根据对应等高线，在所述坐标偏差等高线上寻找安装位置，若寻找一圈都有可能不具备安装条件(比如说那一圈就是在空气中，没有安装点，无法固定测点)，则先确定具备安装位置的点所在的等高线，再通过不同的等高线的位置移动，得到满足测温精度要求的安装位置。以Δx-o-Δy上的等高线应用为例，如图4所示，若确定的最佳安装位置(原点位置)不具备安装条件，而图4中位置1具备安装条件，若测温要求ΔT≤1℃，根据等高线从图4中位置1移动Δx₁到图4中位置2，即可满足测温精度要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，生成温度传感器安装环境的环境模型；

步骤2，在温度传感器的安装环境中放置信号源天线，获得步骤1生成的环境模型的信号强度空间分布；

步骤3，信号强度空间分布最大值对应的位置(x₀，y₀，z₀)为理想安装位置，测量理想安装位置对应的温度T₀；

信号强度空间分布中各个信号加强点对应的位置(x、y、z)为预安装位置，测量各个预安装位置对应的温度T_x；

步骤4，将各个T_x分别与T₀相减，分别得到各个预安装位置与理想安装位置的测温精度ΔT；各个预安装位置与理想安装位置的位置偏差为(Δx,Δy,Δz)，其中Δx＝x-x₀；Δy＝y-y₀；Δz＝z-z₀；得到ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系；

步骤5，根据测温精度要求，基于ΔT与(Δx,Δy,Δz)的对应关系，得到温度传感器最佳安装位置。

2.如权利要求1所述的一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，其特征在于，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图，根据测温精度要求，在ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图上直接寻找满足该测温精度要求的ΔT对应的坐标偏差，按此坐标偏差部署测点，得到温度传感器最佳安装位置。

3.如权利要求1所述的一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，其特征在于，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图的等高线，根据测温精度要求，在满足精度要求的ΔT对应的等高线上寻找安装位置，得到温度传感器最佳安装位置。

4.如权利要求1所述的一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，其特征在于，所述步骤5中，建立ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图及其等高线，根据测温精度要求，在ΔT随(Δx,Δy,Δz)变化的四维图上直接寻找满足该测温精度要求的ΔT对应的坐标偏差，并在所述坐标偏差等高线上寻找安装位置，若所述坐标偏差等高线上的安装位置均不具备安装条件，则依据具备安装位置的点所在的等高线确定满足测温精度要求的安装位置。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的一种确定温度传感器最佳安装位置的方法，其特征在于，还包括步骤6；

所述步骤6如下：获得理想位置不同时刻信号标准差与预安装位置不同时刻信号标准差的偏差ΔStd；建立标准差偏差ΔStd与(Δx,Δy,Δz)的对应关系，将标准差偏差ΔStd反馈给测温系统，测温系统根据标准差偏差ΔStd与(Δx,Δy,Δz)的对应关系动态调节信号标准差，获得稳定的测温数据。