CN110987769B - 液体颗粒计数器的标定方法 - Google Patents

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CN110987769B CN201911364119.6A CN201911364119A CN110987769B CN 110987769 B CN110987769 B CN 110987769B CN 201911364119 A CN201911364119 A CN 201911364119A CN 110987769 B CN110987769 B CN 110987769B
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Abstract

本发明涉及一种液体颗粒计数器的标定方法，该方法首先读取多个电压值对应的采样数值，并筛选最合理的测量值，同时再结合当前计数R1与颗粒浓度N1的偏差重新计算偏差dF。并且同时根据偏差的变化趋势与上一次求得的偏差值来求得该次趋势变化值dZ。最后根据这两个偏差值在上一次变化中的权重百分比，求得该次变化时的系数值，进而求得需要设置得标定电压值。然后以该电压为中心电压，根据起始电压，再次设置多个通道的标定电压。进行测量和校准，反复多次，直至技术结果与标准值得偏差符合标准粒子的允许偏差值。本发明能够缩减了人力成本与标定时间，加快了整个标定的过程，能够快速取得最优的标定电压值。

Description

液体颗粒计数器的标定方法
技术领域
本发明属于光阻原理液体颗粒计数器的计算和控制方法领域，尤其涉及一种应用于其中的自动标定方法。
背景技术
液体颗粒计数器主要用于测量液体中的不溶性微粒的数量，采用的是光阻法的原理，当不溶性的颗粒经过传感器时，由于阻碍了激光，使得信号出现波动，这时传感器就能探测到相应的光电信号，从而基于光电信号以及所标定的电压实现计数。液体颗粒计数器在制药，过滤检测，电子信息等多个领域使用，应用范围广泛。
对于液体颗粒计数器，在其传统的标定过程中，需要人工判断和改变标定电压，并且需要进行手工输入。即每次的调整电压值都是先通过人工估算，然后手工输入到设备中，因而无法做到精准设置下一次测量所需要的标定电压，标定过程耗时耗力，效率低下。因此，需要针对液体颗粒计数器设计能够自动实现的标定方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以缩减人力成本、缩短标定时间，从而加快标定过程的液体颗粒计数器的标定方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种液体颗粒计数器的标定方法，用于对液体颗粒计数器进行自动标定而设定粒径S1对应的电压V1，所述液体颗粒计数器的标定方法包括以下步骤：
步骤1：准备标准颗粒溶液，所述标准颗粒溶液中包含粒径S1的颗粒，且粒径S1的颗粒的数量浓度N1作为计数标准值，并设置初始的中心电压，然后执行步骤2；
步骤2：依据当前的中心电压分别设置所述液体颗粒计数器的多个计数通道的初始的标定电压，各个所述计数通道的初始的标定电压不同，然后执行步骤3；
步骤3：利用所述液体颗粒计数器对所述标准颗粒溶液进行采样，各个所述计数通道分别基于其当前对应的所述标定电压获得对应的计数Ri，然后执行步骤4；
步骤4：分别计算各个所述计数通道获得的计数Ri与所述计数标准值N1之差的绝对值，并选定各所述绝对值中的最小值|Ri-N1|min所对应的所述计数通道，将所选定的所述计数通道获得的计数记为R1，然后执行步骤5；
步骤5：判断所选定的所述计数通道的绝对计数准确度
Figure BDA0002337963270000021
与预设的标准粒子误差范围值α的大小关系，若
Figure BDA0002337963270000022
则执行步骤6，若
Figure BDA0002337963270000023
则执行步骤7；
步骤6：将所选定的所述计数通道当前的标定电压作为粒径S1对应的电压V1；
步骤7：分别计算未选定的各个所述计数通道的计数Ri相对所选定的所述计数通道的计数R1的分辨率
Figure BDA0002337963270000024
各所述分辨率均在预设的分辨率误差范围以内，则执行步骤9，否则执行步骤8；
步骤8：计算计数偏差系数dResolution，根据所述计数偏差系数dResolution、所选定的所述计数通道当前的标定电压计算调整电压值Δdf，再基于所述调整电压值Δdf和所选定的所述计数通道当前的标定电压计算得到新的中心电压，然后返回步骤2；
步骤9：计算所选定的所述计数通道的计数准确度
Figure BDA0002337963270000025
计算表征所选定的计数通道的计数R1与所述计数标准值N1之间误差变化趋势的变化趋势参数dZ，并分别为所述变化趋势参数dZ、所述计数准确度dF配置对应的权重系数L1、L2，然后执行步骤10；
步骤10：定义计数调整系数Y＝L1*dZ+L2*dF；初始化所述权重系数L1、L2均为50％，初次计算所述计数调整系数记为YLast；随机将所述权重系数L1、L2中的任意一个增加10％，另一个减小10％，再次计算所述计数调整系数记为Y，判断再次计算的准确率
Figure BDA0002337963270000026
与初次计算的准确率
Figure BDA0002337963270000027
的大小关系，若
Figure BDA0002337963270000028
则将再次计算前增加10％的所述权重系数再减小m％、将再次计算前减小10％的所述权重系数再增加m％，得到最终的所述权重系数L1、L2，若
Figure BDA0002337963270000029
则将再次计算前增加10％的所述权重系数再增加m％、将再次计算前减小10％的所述权重系数再减小m％，得到最终的所述权重系数L1、L2，然后执行步骤11；
步骤11：依据最终的所述权重系数L1、L2计算最终的计数调整系数记为Y终，根据最终的计数调整系数Y终、所选定的计数通道的计数R1得到修正后的计数R终，并依据修正后的计数R终设置所选定的计数通道的新的标定电压以及其他各所述计数通道的新的标定电压，然后返回步骤3。
所述步骤5中，α＝20％。
所述步骤7中，所述分辨率误差范围为68％～132％。
若所述步骤7中计算出的所述分辨率小于68％，则所述步骤8中计算所述偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(N1*0.68-R1)/R1；若所述步骤7中计算出的所述分辨率大于132％，则所述步骤8中计算所述偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(R1-N1*1.32)/R1。
所述步骤8中，计算所述调整电压值Δdf的方法为：Δdf＝所选定的所述计数通道当前的标定电压×dResolution。
所述步骤8中，计算新的中心电压的方法为：新的中心电压＝所选定的所述计数通道当前的标定电压+Δdf。
所述步骤9中，计算所述变化趋势参数dZ的方法为：
Figure BDA0002337963270000031
其中，dZLast为上一次采样后计算出的所述变化趋势参数。
所述步骤10中，m％的计算方法为：m％＝abs(Δ-1)*10％，其中，
Figure BDA0002337963270000032
所述液体颗粒计数器具有至少四个所述计数通道。
所述液体颗粒计数器的标定方法在MCU中通过程序实现，所述MCU与所述液体颗粒计数器的采集模块、比较和计数模块的各个所述计数通道相连接，所述MCU基于由各所述计数通道获得的计数、由所述采集模块获得的各所述计数通道对应的标定电压，执行所述液体颗粒计数器的标定方法而得到粒径S1对应的电压V1并将其设定到所述液体颗粒计数器中。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够自动化实现，从而能够缩减人力成本、缩短标定时间，加快标定过程。
附图说明
附图1为利用液体颗粒计数器对标准颗粒溶液进行采样的示意图。
附图2为本发明的液体颗粒计数器的标定方法中电压调整的示意图。
附图3为实现本发明的液体颗粒计数器的标定方法的系统架构图。
附图4为实现本发明的液体颗粒计数器的标定方法的程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：液体颗粒计数器需要设定特定粒径S1(微米)对应的电压V1后工作。当液体颗粒计数器对已知粒子数N1的粒径S1的标准颗粒进行采样时，会产生相关该粒径S1的计数R1。将R1与粒子数(颗粒的数量浓度)N1进行计算，如果
Figure BDA0002337963270000041
且x＜20％，那么当前设置的电压V1可以作为粒径S1的颗粒对应的标定电压。如果不满足上述条件，则需要调整V1的值，并重新采样得到新的R1值，再计算x的值，直至满足x＜20％。
液体颗粒计数器在对粒径S1的颗粒的数量进行记录的同时，还需要分别记录粒径S2、S3的颗粒的数量而获得对应计数R2、R3，颗粒大小满足S2＜S1＜S3，计算
Figure BDA0002337963270000042
根据行业标准需满足y1＞68％，y2＞68％。由于S2、S3对应的电压V2、V3均与V1呈线性比例，因此V2、V3的数值分别为V2＝0.64×V1、V3＝1.44×V1。
基于上述原理，设计一种用于对液体颗粒计数器进行自动标定而设定粒径S1对应的电压V1的液体颗粒计数器的标定方法，实现该方法的系统架构如附图3所示，该系统包括多个计数通道构成的比较和计数模块，还包括采集模块和MCU。采集模块中设置有各个计数通道对应的电压值，其用于将光信号转化为模拟电信号。再通过比较和计数模块，将采集来的电信号与预设电压进行比较，从而获取计数，不同的计数通道基于设置的不同电压而针对不同粒径的颗粒得到不同的计数。各个计数通道的计数值输入到MCU中，MCU计算得到调整后的电压值，将其作为中心电压，再根据起始电压设置各个通道的新的电压值。
上述过程由程序控制，程序流程如附图4所示，进行多个计数通道的采样而得到多个计数通道的计数，与标准值进行比较而计算出偏差值，选取偏差值最小的那个计数通道，得到其对应的电压。再根据该计数通道的计数值与标准值的偏差，重新调整对应的电压值，最后将调整后的电压值设置为中心电压，结合起始截止电压，分别计算多个计数通道对应的电压设置值，然后将这些电压值设置到采集模块中。
具体的，一种液体颗粒计数器的标定方法包括以下步骤：
步骤1：准备标准颗粒溶液，标准颗粒溶液中包含粒径S1的颗粒，还包括粒径在以S1为中心的指定粒径范围内的其他粒径的颗粒，且粒径S1的颗粒的数量浓度N1作为计数标准值，并设置初始的中心电压，然后执行步骤2。
步骤2：依据当前的中心电压分别设置液体颗粒计数器的多个计数通道的初始的标定电压，各个计数通道的初始的标定电压不同，然后执行步骤3。在首次设置过程中，当前的中心电压即为步骤1中设置的初始的中心电压。而在后续的电压调整过程中，设置的中心电压为上一次采样后计算得到的中心电压。
步骤3：如附图1所示，利用液体颗粒计数器对标准颗粒溶液进行采样，采样完毕后，各个计数通道会分别基于其当前对应的标定电压获得对应的计数Ri，即同时得到n(n≥4)个通道的计数数据，i＝1，2，3，4…然后执行步骤4。根据液体颗粒计数器的计数原理可知，这n个计数通道对应的粒径值，在起始粒径与结束粒径之间平均分布并包含指定的粒径S1。
步骤4：分别计算各个计数通道获得的计数Ri与计数标准值N1之差的绝对值，并选定各绝对值中的最小值|Ri-N1|min所对应的计数通道，将所选定的计数通道获得的计数记为R1，然后执行步骤5。
该步骤中，若将各个计数通道对应的计数分别记为Y1、Y2、Y3、Y4…，则用公式表达即为k(Y1,Y2,Y3,Y4,…,Yn)＝min(Y1-N1,Y2-N1,Y3-N1,Y4-N1,…,Yn-N1)。从而可以根据k得到所选定的计数通道及其对应的计数R1。
步骤5：判断所选定的计数通道的绝对计数准确度
Figure BDA0002337963270000051
与预设的标准粒子误差范围值α的大小关系，若
Figure BDA0002337963270000052
则执行步骤6，若
Figure BDA0002337963270000053
则执行步骤7。该步骤中，α＝20％，利用公式表达即为k(Y1,Y2,Y3,Y4,…,Yn)＜α。
步骤6：将所选定的计数通道当前的标定电压作为粒径S1对应的电压V1。该步骤在步骤5中判断出
Figure BDA0002337963270000054
即
Figure BDA0002337963270000055
时执行，此时表明所选定的计数通道的计数与标准值的差值符合要求，无需在进行多次迭代。
步骤7：如果k(Y1,Y2,Y3,Y4,…,Yn)＞α，就要进入到第二阶段，分别计算未选定的各个计数通道的计数Ri相对所选定的计数通道的计数R1的分辨率
Figure BDA0002337963270000056
若各分辨率均在预设的分辨率误差范围以内，则执行步骤9，进入下一阶段的电压调整，否则执行步骤8。该步骤中，分辨率误差范围为68％～132％。
步骤8：由于此时分辨率＜68％或＞132％，故计算计数偏差系数dResolution，根据计数偏差系数dResolution、所选定的计数通道当前的标定电压计算调整电压值Δdf，再基于调整电压值Δdf和所选定的计数通道当前的标定电压计算得到新的中心电压，然后返回步骤2。
该步骤中，若步骤7中计算出的分辨率小于68％，则计算偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(N1*0.68-R1)/R1；若步骤7中计算出的分辨率大于132％，则计算偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(R1-N1*1.32)/R1。计算计数偏差系数dResolution后，计算调整电压值Δdf的方法为：Δdf＝所选定的所述计数通道当前的标定电压×dResolution。而计算新的中心电压的方法为：新的中心电压＝所选定的所述计数通道当前的标定电压+Δdf。得到新的中心电压后，返回步骤2，通过DAC模块进行多个计数通道的电压设置并进行重新采样。
步骤9：如附图2所示，计算所选定的计数通道的计数准确度dF，计算表征所选定的计数通道的计数R1与计数标准值N1之间误差变化趋势的变化趋势参数dZ，并分别为变化趋势参数dZ、计数准确度dF配置对应的权重系数L1、L2，然后执行步骤10。
该步骤中，F(R1,N1)为计算准确度的函数公式，
Figure BDA0002337963270000061
即
Figure BDA0002337963270000062
从而得到的百分比即为与粒径S1的标准颗粒的数量浓度N1的偏差百分比，记为dF。
同时，对于最接近标准值的测量值(计数值)，还需要分析误差的趋势是变大或者缩小，该变化用变化趋势参数dZ来表示。通过使用函数f(R1,N1)来求得变化趋势参数dZ，其值需要参考上一次计算得出的dZ的值。计算变化趋势参数dZ的方法为：
Figure BDA0002337963270000063
即
Figure BDA0002337963270000064
其中，dZLast为上一次采样后计算出的变化趋势参数，即通过对
Figure BDA0002337963270000065
的求导来求的当其的变化趋势。
步骤10：定义计数调整系数Y＝g(dF,dZ)＝L1*dZ+L2*dF。初始化权重系数L1、L2均为50％，初次计算计数调整系数记为YLast；随机将权重系数L1、L2中的任意一个增加10％，另一个减小10％，再次计算计数调整系数记为Y，判断再次计算的准确率
Figure BDA0002337963270000066
与初次计算的准确率
Figure BDA0002337963270000067
的大小关系，若
Figure BDA0002337963270000068
则将再次计算前增加10％的权重系数再减小m％、将再次计算前减小10％的权重系数再增加m％，得到最终的权重系数L1、L2，若
Figure BDA0002337963270000069
则将再次计算前增加10％的权重系数再增加m％、将再次计算前减小10％的权重系数再减小m％，得到最终的权重系数L1、L2，然后执行步骤11。
该步骤中，m％的计算方法为：m％＝abs(Δ-1)*10％，其中，
Figure BDA0002337963270000071
该步骤中，判断准确率后，权重系数增加或减小的百分比根据
Figure BDA0002337963270000072
与
Figure BDA0002337963270000073
的比例而得，先计算
Figure BDA0002337963270000074
如果再次计算前L1增加了10％，，那么当
Figure BDA0002337963270000075
时，L1需要再减小m％，则新的L1的值即为L1-abs(Δ-1)*10％，同时L2需要再增加m％，则新的L2的值即为L2+abs(Δ-1)*10％。
步骤11：依据最终的权重系数L1、L2计算最终的计数调整系数记为Y终，根据最终的计数调整系数Y终、所选定的计数通道的计数R1得到修正后的计数R终，并依据修正后的计数R终设置所选定的计数通道的新的标定电压以及其他各计数通道的新的标定电压，然后返回步骤3。
上述液体颗粒计数器的标定方法在MCU中通过程序实现，MCU与液体颗粒计数器的采集模块、比较和计数模块的各个计数通道相连接，MCU基于由各计数通道获得的计数、由采集模块获得的各计数通道对应的标定电压，执行液体颗粒计数器的标定方法而得到粒径S1对应的电压V1并将其设定到液体颗粒计数器中。
综上，本方案提出了一种精确计算预判电压的控制方法与系统。该方法首先读取多个近似粒径的电压值所对应的采样数值{Y1,Y2,Y3,Y4,…}，通过函数k筛选最合理的测量值，同时再结合当前计数R1与颗粒浓度N1的偏差重新计算偏差dF。并且同时根据偏差的变化趋势与上一次求得的偏差值来求得该次趋势变化值dZ。最后根据这两个偏差值在上一次变化中的权重百分比，求得该次变化时的系数值，进而求得需要设置得标定电压值。然后以该电压为中心电压，根据起始电压，再次设置多个通道的标定电压。进行测量和校准，反复多次，直至技术结果与标准值得偏差符合标准粒子的允许偏差值。
该使用自动化的程序来控制复杂的标定过程，大大缩减了人力成本与标定时间，加快了整个标定的过程，并且，通过使用24位的DAC转换模块，可以使系统的数据更为精准；通过循环多次测量过程步步逼近计算，能够快速取得最优的标定电压值。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液体颗粒计数器的标定方法，用于对液体颗粒计数器进行自动标定而设定粒径S1对应的电压V1，其特征在于：所述液体颗粒计数器的标定方法包括以下步骤：
步骤1：准备标准颗粒溶液，所述标准颗粒溶液中包含粒径S1的颗粒，且粒径S1的颗粒的数量浓度N1作为计数标准值，并设置初始的中心电压，然后执行步骤2；
步骤2：依据当前的中心电压分别设置所述液体颗粒计数器的多个计数通道的初始的标定电压，各个所述计数通道的初始的标定电压不同，然后执行步骤3；
步骤3：利用所述液体颗粒计数器对所述标准颗粒溶液进行采样，各个所述计数通道分别基于其当前对应的所述标定电压获得对应的计数Ri，然后执行步骤4；
步骤4：分别计算各个所述计数通道获得的计数Ri与所述计数标准值N1之差的绝对值，并选定各所述绝对值中的最小值|Ri-N1|min所对应的所述计数通道，将所选定的所述计数通道获得的计数记为R1，然后执行步骤5；
步骤5：判断所选定的所述计数通道的绝对计数准确度
Figure FDA0002337963260000011
与预设的标准粒子误差范围值α的大小关系，若
Figure FDA0002337963260000012
则执行步骤6，若
Figure FDA0002337963260000013
则执行步骤7；
步骤6：将所选定的所述计数通道当前的标定电压作为粒径S1对应的电压V1；
步骤7：分别计算未选定的各个所述计数通道的计数Ri相对所选定的所述计数通道的计数R1的分辨率
Figure FDA0002337963260000014
若各所述分辨率均在预设的分辨率误差范围以内，则执行步骤9，否则执行步骤8；
步骤8：计算计数偏差系数dResolution，根据所述计数偏差系数dResolution、所选定的所述计数通道当前的标定电压计算调整电压值Δdf，再基于所述调整电压值Δdf和所选定的所述计数通道当前的标定电压计算得到新的中心电压，然后返回步骤2；
步骤9：计算所选定的所述计数通道的计数准确度
Figure FDA0002337963260000015
计算表征所选定的计数通道的计数R1与所述计数标准值N1之间误差变化趋势的变化趋势参数dZ，并分别为所述变化趋势参数dZ、所述计数准确度dF配置对应的权重系数L1、L2，然后执行步骤10；
步骤10：定义计数调整系数Y＝L1*dZ+L2*dF；初始化所述权重系数L1、L2均为50％，初次计算所述计数调整系数记为YLast；随机将所述权重系数L1、L2中的任意一个增加10％，另一个减小10％，再次计算所述计数调整系数记为Y，判断再次计算的准确率
Figure FDA0002337963260000016
与初次计算的准确率
Figure FDA0002337963260000021
的大小关系，若
Figure FDA0002337963260000022
则将再次计算前增加10％的所述权重系数再减小m％、将再次计算前减小10％的所述权重系数再增加m％，得到最终的所述权重系数L1、L2，若
Figure FDA0002337963260000023
则将再次计算前增加10％的所述权重系数再增加m％、将再次计算前减小10％的所述权重系数再减小m％，得到最终的所述权重系数L1、L2，然后执行步骤11；
步骤11：依据最终的所述权重系数L1、L2计算最终的计数调整系数记为Y终，根据最终的计数调整系数Y终、所选定的计数通道的计数R1得到修正后的计数R终，并依据修正后的计数R终设置所选定的计数通道的新的标定电压以及其他各所述计数通道的新的标定电压，然后返回步骤3。
2.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤5中，α＝20％。
3.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤7中，所述分辨率误差范围为68％～132％。
4.根据权利要求3所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：若所述步骤7中计算出的所述分辨率小于68％，则所述步骤8中计算所述偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(N1*0.68-R1)/R1；若所述步骤7中计算出的所述分辨率大于132％，则所述步骤8中计算所述偏差系数dResolution的方法为：dResolution＝abs(R1-N1*1.32)/R1。
5.根据权利要求4所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤8中，计算所述调整电压值Δdf的方法为：Δdf＝所选定的所述计数通道当前的标定电压×dResolution。
6.根据权利要求5所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤8中，计算新的中心电压的方法为：新的中心电压＝所选定的所述计数通道当前的标定电压+Δdf。
7.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤9中，计算所述变化趋势参数dZ的方法为：
Figure FDA0002337963260000024
其中，dZLast为上一次采样后计算出的所述变化趋势参数。
8.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述步骤10中，m％的计算方法为：m％＝abs(Δ-1)*10％，其中，
Figure FDA0002337963260000025
9.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述液体颗粒计数器具有至少四个所述计数通道。
10.根据权利要求1所述的液体颗粒计数器的标定方法，其特征在于：所述液体颗粒计数器的标定方法在MCU中通过程序实现，所述MCU与所述液体颗粒计数器的采集模块、比较和计数模块的各个所述计数通道相连接，所述MCU基于由各所述计数通道获得的计数、由所述采集模块获得的各所述计数通道对应的标定电压，执行所述液体颗粒计数器的标定方法而得到粒径S1对应的电压V1并将其设定到所述液体颗粒计数器中。
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