CN109470407B - 分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法，属于传感器技术领域，方法通过获取n个节点的校准后的温度、压力监测传感器数据；对每个节点的温度、压力监测传感器数据进行有效性判断，对无效数据进行补偿；对补偿后的n个节点的温度、压力数据进行数据平滑，得到校准后数据。本发明通过对分布在管道内的温度、压力传感器的经过校准的测量数据进行有效性判断、数据补偿和数据平滑，以在整体上提高管道内分布式温度、压力传感器的监测数据的整体精度。

Description

分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法。

背景技术

液体内部温度与压力，是反映液体介质自身状态的重要物理量。在各型工业管道内部，传统上利用位于各节点位置的温度传感器与压力传感器设备，对管道内所输送液体介质的状态进行监测。温度测量方面，常用铂电阻温度传感器(简称PRTDs)作为敏感芯体探入液体介质内部。根据Callendar-Van Dusen公式，铂电阻实时阻值与液体温度直接相关；压力测量方面，敏感芯体可采用陶瓷压力传感器，将表面膜片受到的介质压力转换为电压信号输出。

铂电阻温度传感器会受到计算模型参数的影响而导致所测温度精度不高，陶瓷压力传感器同时受到温度、压力的影响导致所测压力会有所偏移，产生温漂；所以，实际使用的温度传感器和压力传感器均需要后期进行校准，才能够达到所需要的测量精度。

实际使用时，一般会在管道内，以固定间隔设置一系列的传感器，进行液体温度、压力测量以了解管道整体的温度和压力情况，如果只对每个传感器进行单独校准，则无法反映出由于某个传感器数据异常对管道内传感器测量数据的影响，造成整体数据测量的不准确。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法，通过对分布的温度、压力传感器的进行有效性判断、数据补偿和数据平滑，提高管道内分布式温度、压力传感器的监测数据的整体精度。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法，包括，

获取n个节点的校准后的温度、压力监测传感器数据；

对每个节点的温度、压力监测传感器数据进行有效性判断，对无效数据进行补偿；

对补偿后的n个节点的温度、压力数据进行数据平滑，得到多节点联合校准后的温度、压力数据。

进一步地，对铂电阻温度监测传感器测量的温度值采用温度校准模型进行校准得到校准后的温度数据；

所述温度校准模型为

T为铂电阻温度传感器测量的温度值，

为校准曲线参数估计值。

进一步地，对陶瓷压力监测传感器测量的压力值采用压力校准模型进行校准得到校准后的压力数据；

所述压力校准模型为

U为压力传感器输出的电压值，T为与压力传感器在同一节点的经校准后的铂电阻温度传感器测量温度值，

为温漂系数曲线的拟合系数；i＝0,1,…,p，j＝0,1,…,q。

进一步地，所述数据有效性判断是通过将采集的温度、压力数据与预设的温度、压力阈值进行比较，并根据相应的数据有效性判据，对数据的有效性进行判断。

进一步地，所述温度阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的温度数据的后向差分绝对值

2)计算温度数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_T，确定温度阈值

k_T≥1。

进一步地，所述温度有效性判据为：

1)对于第i个节点的温度数据，i＝2,3,4…,n-1，如果

则，第i个节点处的温度数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效；

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

进一步地，所述压力阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的压力数据的后向差分绝对值

2)计算压力数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_P，确定压力阈值

k_P≥1。

进一步地，所述压力有效性判据为：

1)对于第i个节点的压力数据，i＝2,3,4…,n-1，如果

则，第i个节点处的压力数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效；

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

进一步地，当确定某一点的温度数据或压力数据为无效数据后，通过选取左右两点的数据均值作为该点的数据补偿，

式中i＝2,3,4…,n-1；且，

进一步地，所述数据平滑方法包括：

1)分别对补偿后的多节温度、压力数据进行k阶多项式拟合，拟合公式为

式中，k≤n-1；当i点数据没有进行补偿时，T_i＝T_校正i、P_i＝P_校正i；当i点数据进行补偿后，T_i＝T_补i、P_i＝P_补i；

为拟合系数j＝0,1,…,k；

2)确定拟合方差为

3)求拟合方差的最小值

4)确定温度、压力拟合的集合阶数

5)把拟合阶数为p的温度拟合结果和拟合阶数为q的压力拟合结果作为多节点联合校准后的结果输出。

本发明有益效果如下：

首先通过对在管道内同一节点的温度传感器和压力传感器测量数据进行联合校准，消除温度传感器由于计算模型参数影响测温精度的问题，解决了压力传感器由于温漂产生的测压误差问题，提高了温度传感器和压力传感器的测量精度；并且，采用的温度校准模型和压力校准模型结构简单，便于实际测量中使用。

其次通过对分布在管道内所有的温度、压力传感器的测量数据进行有效性判断以剔除异常点数据，并对异常点数据进行数据补偿，

最后对补偿后的数据进行数据平滑，以在整体上提高管道内分布式温度、压力传感器的监测数据的整体精度。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中的分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明实施例公开了一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法。

在本实施例的校准方法中，在每个节点上设置的温度传感器为铂电阻温度监测传感器，压力传感器为陶瓷压力监测传感器。

如图1所示，实施例中的校准方法包括以下步骤：

步骤S101、获取n个节点的校准后的温度、压力监测传感器数据；

为消除温度传感器由于计算模型参数影响测温精度的问题，压力传感器由于温漂产生的测压误差问题，每个节点的温度、压力监测传感器测量数据均需进行校准；

具体的，所述获取的温度监测传感器数据的校准模型为

T为铂电阻温度传感器测量的温度值，

为校准曲线参数估计值。

具体的，所述压力校准模型为

U为压力传感器输出的电压值，T为与压力传感器在同一节点的经校准后的铂电阻温度传感器测量温度值，

为温漂系数曲线的拟合系数；i＝0,1,…,p，j＝0,1,…,q。

可选的，例如采用三阶最小二乘法进行数据拟合，得到温漂系数曲线的拟合系数

k＝0,1,2,3；则压力校准模型为

通过对每个温度、压力监测传感器数据进行校准后，得到温度校准数据T_校正＝[T_校正1，T_校正2，…，T_校正n]；压力校准数据P_校正＝[P_校正1，P_校正2，…，P_校正n]

步骤S102、对每个节点的温度、压力监测传感器数据进行有效性判断，对无效数据进行补偿；

所述数据有效性判断是通过将采集的温度数据T_校正＝[T_校正1，T_校正2，…，T_校正n]、压力数据P_校正＝[P_校正1，P_校正2，…，P_校正n]与预设的温度、压力阈值进行比较，并根据相应的数据有效性判据，对数据的有效性进行判断。

具体的，对于温度阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的温度数据的后向差分绝对值

2)计算温度数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_T，确定温度阈值

k_T≥1。

对应的，根据预设的温度阈值T_阈值进行温度有效性的判据为：

1)对于第i个节点的温度数据，i＝2，3，4…，n-1，如果

则，第i个节点处的温度数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效。

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

具体的，对于压力阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的压力数据的后向差分绝对值

2)计算压力数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_P，确定压力阈值

k_P≥1。

对应的，根据预设的压力阈值P_阈值进行压力有效性的判据为：

1)对于第i个节点的压力数据，i＝2,3,4…,n-1，如果

则，第i个节点处的压力数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效。

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

采用以上温度、压力阈值对n个节点的校正后的温度、压力值进行有效性判读，找出无效数据，对无效数据进行剔除；对于剔除后的数据还需补偿才能完整的表示管道内整体的监测情况，由于实际情况中，管道内相邻节点的温度、压力值不会发生剧烈突变，因此可以通过无效数据监测点相邻的监测点数据对无效数据点的数据进行补偿；

具体的补偿方法为，当确定某一点的温度数据或压力数据为无效数据后，通过选取左右两点的数据均值作为该点的数据补偿，

式中i＝2,3,4…,n-1；且，

步骤S103、对补偿后的n个节点的温度、压力数据进行数据平滑，得到多节点联合校准后的温度、压力数据。

具体的，数据平滑方法包括：

1)分别对补偿后的多节温度、压力数据进行k阶多项式拟合，拟合公式为

式中，k≤n-1；当i点数据没有进行补偿时，T_i＝T_校正i、P_i＝P_校正i；当i点数据进行补偿后，T_i＝T_补i、P_i＝P_补i；

为拟合系数j＝0,1,…,k；

2)确定拟合方差为

3)求拟合方差的最小值

4)确定温度、压力拟合的集合阶数

5)把拟合阶数为p的温度拟合结果和拟合阶数为q的压力拟合结果作为多节点联合校准后的温度、压力数据输出。

通过对温度、压力数据进行数据平滑，消除由于单个节点温度、压力传感器测量的误差，在整体上提高对管道内液体温度、压力测量的精度。

综上所述，本发明实施例公开的分布式多节点液体温度、压力监测传感器的校准方法，首先通过对在管道内同一节点的温度传感器和压力传感器测量数据进行联合校准，消除温度传感器由于计算模型参数影响测温精度的问题，解决了压力传感器由于温漂产生的测压误差问题，提高了温度传感器和压力传感器的测量精度；并且，采用的温度校准模型和压力校准模型结构简单，便于实际测量中使用。

其次通过对分布在管道内所有的温度、压力传感器的测量数据进行有效性判断以剔除异常点数据，并对异常点数据进行数据补偿，

最后对补偿后的数据进行数据平滑，以在整体上提高管道内分布式温度、压力传感器的监测数据的整体精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式多节点液体温度、压力传感器测量数据的校准方法，其特征在于，包括，

获取n个节点的校准后的温度、压力监测传感器数据；

对每个节点的温度、压力监测传感器数据进行有效性判断，对无效数据进行补偿；

对补偿后的n个节点的温度、压力数据进行数据平滑，得到多节点联合校准后的温度、压力数据；

所述数据有效性判断是通过将采集的温度、压力数据与预设的温度、压力阈值进行比较，并根据相应的数据有效性判据，对数据的有效性进行判断；

所述温度阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的温度数据的后向差分绝对值

2)计算温度数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_T，确定温度阈值

所述压力阈值的预设方法包括：

1)计算采集的相邻节点间的压力数据的后向差分绝对值

2)计算压力数据后向差分绝对值的均值

3)设置阈值系数k_P，确定压力阈值

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，对铂电阻温度监测传感器测量的温度值采用温度校准模型进行校准得到校准后的温度数据；

所述温度校准模型为

T为铂电阻温度传感器测量的温度值，

为校准曲线参数估计值。

3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，对陶瓷压力监测传感器测量的压力值采用压力校准模型进行校准得到校准后的压力数据；

所述压力校准模型为

U为压力传感器输出的电压值，T为与压力传感器在同一节点的经校准后的铂电阻温度传感器测量温度值，

为温漂系数曲线的拟合系数；i＝0,1,···,p，j＝0,1,···,q。

4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述温度有效性判据为：

1)对于第i个节点的温度数据，i＝2,3,4···,n-1，如果

则，第i个节点处的温度数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效；

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

5.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述压力有效性判据为：

1)对于第i个节点的压力数据，i＝2,3,4···,n-1，如果

则，第i个节点处的压力数据无效；

2)对于第1个节点的温度数据，如果

阈值，则，第1节点处的温度数据无效；

3)对于第n个节点的温度数据，如果

阈值，则，第n节点处的温度数据无效。

6.根据权利要求1-5任一项所述的校准方法，其特征在于，当确定某一点的温度数据或压力数据为无效数据后，通过选取左右两点的数据均值作为该点的数据补偿，

式中i＝2,3,4···,n-1；且，

7.根据权利要求1-5任一项所述的校准方法，其特征在于，所述数据平滑方法包括：

1)分别对补偿后的多节温度、压力数据进行k阶多项式拟合，拟合公式为

式中，k≤n-1；当i点数据没有进行补偿时，T_i＝T_校正i、P_i＝P_校正i；当i点数据进行补偿后，T_i＝T_补i、P_i＝P_补i；

为拟合系数j＝0,1,···,k；

2)确定拟合方差为

3)求拟合方差的最小值

4)确定温度、压力拟合的集合阶数

5)把拟合阶数为p的温度拟合结果和拟合阶数为q的压力拟合结果作为多节点联合校准后的结果输出。

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