CN109975731B - 一种基于实时校准的测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于实时校准的测量系统，当所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值后，主控单元控制多路选通电路将零点电势单元的输出切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；随后主控单元控制多路选通电路将基准源的电压值切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；主控单元根据两次测量值获取测量系统的零点漂移和增益系数，然后控制多路选通电路将待测电压信号切换至输出端，令电压采集单元采集此刻电压值并应用重新计算的零点漂移和增益系数对待测电压信号进行校正，可以有效去除因时间、环境参数变化等因素带来的零点漂移和增益误差，确保最终测量精度。
Description
技术领域
本发明属于测量仪器领域，尤其涉及一种基于实时校准的测量系统。
背景技术
在高精度电压测试中，多数测量结果由线性拟合方法计算得出，最终结果中包含的测量误差主要来自零点漂移和增益误差两部分。测量仪器在出厂时可以依靠出厂校准去除这两方面的影响，但是随着时间推移，环境湿度、温度及电路元件参数均会发生变化，这些变化将使零点漂移和增益误差显著增大，导致测量电路整体测量精度下降。
传统的提高长期测量精度的方式有两种，第一种是依靠电路本身特性来保证测量结果的长期稳定性，这意味着整个系统每个部分都要有很高的长期稳定性，会显著提高整个电路的成本；另一种是在测量电路启动并预热后启动开机校准，这使测量仪器的测量准备时间变长，影响整体测量效率。
如何在不大幅提高测量电路成本和测量准备时间的前提下实现长期稳定的高精度测量，是目前高精度测量领域中急需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于实时校准的测量系统，能够自动校准测量系统的零点漂移和增益系数，提升最终测试精度，降低测试成本。
一种基于实时校准的测量系统，包括基准源、零点电势单元、多路选通单元、电压采集单元以及主控单元；
所述基准源用于提供基准电压；
所述零点电势单元用于提供零点电位；
所述多路选通单元用于从所述基准电压、零点电位和待测电压信号中选择一路输出；
所述电压采集单元用于分时获取所述基准电压、零点电位和待测电压信号的电压值；
所述主控单元用于校正所述待测电压信号，得到输出电压，其中，当所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值之间的差值校正所述测量系统的增益系数，根据校正后的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压并更新所述测量系统的零点漂移和增益系数；当所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
进一步的，一种基于实时校准的测量系统，还包括用于采集所述测量系统当前工作环境的环境参数的传感器；
当所述环境参数未在设定范围时，所述主控单元控制多路选通单元依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值之间的差值校正所述测量系统的增益系数，根据校正后的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压并更新所述测量系统的零点漂移和增益系数；当所述环境参数在设定范围且所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
进一步的，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器或光强传感器，则所述环境参数为温度、湿度、测量系统所承受的压力或光照强度。
进一步的，所述多路选通单元为三选一开关。
有益效果：
1、本发明提供一种基于实时校准的测量系统，当所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值后，主控单元控制多路选通电路将零点电势单元的输出切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；随后主控单元控制多路选通电路将基准源的电压值切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；主控单元根据两次测量值获取测量系统的零点漂移和增益系数，然后控制多路选通电路将待测电压信号切换至输出端，令电压采集单元采集此刻电压值并应用重新计算的零点漂移和增益系数对待测电压信号进行校正，可以有效去除因时间、环境参数变化等因素带来的零点漂移和增益误差，确保最终测量精度，从而能够自动校准测量系统的零点漂移和增益系数，提升最终测试精度，降低测试成本。
2、本发明提供一种基于实时校准的测量系统，采用传感器采集测量系统当前工作环境的环境参数，当传感器传回主控单元的环境参数未在设定范围且所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值后，主控单元控制多路选通电路将零点电势单元的输出切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；随后主控单元控制多路选通电路将基准源的电压值切换至输出端，并令电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；主控单元根据两次测量值获取测量系统的零点漂移和增益系数，然后控制多路选通电路将待测电压信号切换至输出端，令电压采集单元采集此刻电压值并应用重新计算的零点漂移和增益系数对待测电压信号进行校正，可以有效去除因时间、环境参数变化等因素带来的零点漂移和增益误差，确保最终测量精度，从而能够自动校准测量系统的零点漂移和增益系数，提升最终测试精度，降低测试成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于实时校准的测量系统的原理框图；
图2为本发明提供的另一种基于实时校准的测量系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
参见图1，该图为本实施例提供的一种基于实时校准的测量系统的原理框图。一种基于实时校准的测量系统，包括基准源、零点电势单元、多路选通单元、电压采集单元、主控单元以及传感器；
所述基准源用于提供基准电压；
所述零点电势单元用于提供零点电位；
所述多路选通单元用于从所述基准电压、零点电位和待测电压信号中选择一路输出；
所述电压采集单元用于分时获取所述基准电压、零点电位和待测电压信号的电压值；
所述传感器用于采集所述测量系统当前工作环境的环境参数；
所述主控单元用于校正所述待测电压信号，得到输出电压，其中，当所述环境参数未在设定范围或所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值之间的差值校正所述测量系统的增益系数，根据校正后的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压并更新所述测量系统的零点漂移和增益系数；当所述环境参数在设定范围且所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
需要说明的是，更新所述测量系统的零点漂移和增益系数，就是将校正后的零点漂移与增益系数代替上次测量系统的校正结果，从而成为测量系统当前的零点漂移与增益系数。
可选的，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器或光强传感器，则所述环境参数为温度、湿度、测量系统所承受的压力或光照强度。
可选的，所述多路选通单元为三选一开关。
本实施例所描述的一种基于实时校准的测量系统，在一个实时校准过程中的具体步骤为：
S00、当环境参数传感器传回主控单元的工作环境参数未在设定范围或未校准时间超过阈值后，开始实时校准过程；
S01、主控单元控制多路选通电路将零点电势单元输出的电压值切换至输出端；
S02、电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；
S03、主控单元控制多路选通电路将基准源的电压值切换至输出端；
S04、电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；
S05、主控单元根据两次测量值重新计算信号采集的校准参数，即得到测量系统的零点漂移和增益系数；
S06、主控单元控制多路选通电路将待测电压信号的电压值切换至输出端；
S07、电压采集单元采集此刻电压值传递给主控单元；
S08、主控单元应用新的校准参数计算最终测量值，得到输出电压。
实施例二
下面基于以上实施例并结合附图，对一种基于实时校准的测量系统进行进一步说明。
参见图2，该图为本实施例提供的另一种基于实时校准的测量系统的原理框图。
一种基于实时校准的测量系统，包括基准源、零点电势单元、三选一开关、电压采集单元、主控单元以及传感器；
所述基准源用于提供基准电压；
所述零点电势单元接地，用于提供零点电位；
所述多路选通单元用于输出所述基准电压、零点电位或待测电压信号；
所述电压采集单元用于获取所述基准电压、零点电位或待测电压信号的电压值；
所述温度传感器用于采集所述测量系统当前工作环境的温度；
所述主控单元用于校正所述待测电压信号，得到输出电压，其中，当所述温度未在设定范围，即超过设定阈值或低于设定阈值，或所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值时，所述主控单元控制三选一开关，依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值校正所述测量系统的增益系数，根据所述零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压；当所述温度在设定范围且所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制三选一开关输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
需要说明的是，测量系统每隔设定时间均自动利用基准电压和零点电位对自身的零点漂移和增益系数进行校准，如果在两次校准时间之间，传感器测量的环境参数，如温度传感器测量的环境温度超过设定阈值或低于设定阈值，则主控单元会启动校准，即控制多路选通单元依次接入基准电压与零点电位，对自身的零点漂移和增益系数进行校准。具体的，通过零点电位校正测量系统的零点漂移，通过基准电压与零点电位的差值绝对值校正测量系统的增益系数。
由此可见，本实施例可以利用较低的电路成本实现长期高稳定性的精确测量，并且校准开始的条件可以程控设置，以适应各种精度要求和测试需求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于实时校准的测量系统，其特征在于，包括基准源、零点电势单元、多路选通单元、电压采集单元以及主控单元；
所述基准源用于提供基准电压；
所述零点电势单元用于提供零点电位；
所述多路选通单元用于从所述基准电压、零点电位和待测电压信号中选择一路输出；
所述电压采集单元用于分时获取所述基准电压、零点电位和待测电压信号的电压值；
所述主控单元用于校正所述待测电压信号，得到输出电压，其中，当所述测量系统距离上次系统校准时间超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值之间的差值校正所述测量系统的增益系数，根据校正后的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压并更新所述测量系统的零点漂移和增益系数；当所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
2.如权利要求1所述的一种基于实时校准的测量系统，其特征在于，还包括用于采集所述测量系统当前工作环境的环境参数的传感器；
当所述环境参数未在设定范围时，所述主控单元控制多路选通单元依次输出所述基准电压、零点电位以及待测电压信号，然后根据所述基准电压的电压值校正所述测量系统的零点漂移，根据所述基准电压的电压值与零点电位的电压值之间的差值校正所述测量系统的增益系数，根据校正后的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压并更新所述测量系统的零点漂移和增益系数；当所述环境参数在设定范围且所述测量系统距离上次系统校准时间未超过设定阈值时，所述主控单元控制多路选通单元输出待测电压信号，然后根据所述测量系统当前的零点漂移与增益系数对待测电压信号进行校正，得到输出电压。
3.如权利要求2所述的一种基于实时校准的测量系统，其特征在于，所述传感器为温度传感器、湿度传感器、压力传感器或光强传感器，则所述环境参数为温度、湿度、测量系统所承受的压力或光照强度。
4.如权利要求1所述的一种基于实时校准的测量系统，其特征在于，所述多路选通单元为三选一开关。
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