CN111351819A - 一种车载酒精传感器现场校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器校准技术领域，尤其是涉及一种车载酒精传感器现场校准方法，该方法利用酒精传感器时间漂移为线性漂移的特性，通过车在酒精检测系统在车内酒精蒸汽浓度为零时的输出值作为校准量，实现车载酒精传感器的校准；本发明简化用户对车载酒精传感器的定期校准流程，降低成本，提高了用户体验。

Description

一种车载酒精传感器现场校准方法

技术领域

本发明属于传感器校准技术领域，尤其是涉及一种车载酒精传感器现场校准方法。

背景技术

经调查，在国外大约50％～60％的交通事故与酒后驾车有关，酒后驾车已经成为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50％以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”。酒后驾车是交通事故的主要原因之一，如何杜绝酒驾醉驾是社会关注的核心问题。因此，目前出现了大量的针对车载酒精检测的技术。

车载酒精检测系统通常包含一个或多个酒精传感器，这些酒精传感器安装在车内不同位置用于检测驾驶室内空气中酒精蒸汽的浓度，以此来判断驾驶员是否饮酒以及饮酒的量级。目前的车载酒精检测系统中的酒精传感器大多采用半导体酒精传感器或燃料电池酒精传感器。

众所周知，几乎所有传感器都存在漂移现象，包括温度漂移、湿度漂移和时间漂移等。也就是在输入量不变的情况下，传感器输出量随着温度、湿度和时间变化而变化的现象。通常温度漂移和湿度漂移可以通过温度补偿和湿度补偿的办法来解决；而时间漂移是由于自身结构参数随着时间的变化发生了改变，通常这个过程是不可逆的，也无规律可寻。解决的办法通常是定期对传感器进行校准。对传感器进行校准通常是将传感器拿到实验室放到标准的环境中，找出传感器与标准值的偏差(漂移量)，然后通过各种方法对传感器的输出值进行修正。

酒精传感器(无论半导体酒精传感器还是燃料电池酒精传感器)存在时间漂移，使用一段时间后精度会有所降低，为了保证测量精度每年都需要到指定机构对传感器进行校准，这个过程用户无法自己完成。校准时，需要将传感器从车上拆下，校准后再装上。这个过程费时、费力、费钱，增加用户的用车成本，降低用户的体验度，制约了车载酒精检测系统在车上的应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种车载酒精传感器现场校准方法，在简化酒精传感器校准操作的同时，降低了用户用车成本、增加了用户的体验度。

一种车载酒精传感器现场校准方法，包括以下内容：

在车内酒精蒸汽浓度为零时，发出车载酒精传感器校准命令，进行车载酒精传感器校准，记录车内酒精蒸汽浓度为零时车载酒精传感器的输出值Y’(0)＝g(0)；

根据输出值g(0)进行车载酒精传感器的校准，校准后车载酒精检测系统获得的车内酒精蒸汽浓度测量值为B＝f^-1(g(x)-g(0))；

其中，Y＝f(x)为校准状态下车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系，Y’＝g(x)为发生时间漂移后车载酒精传感器的输出值Y’与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系。

优选的，校准状态下车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系Y＝f(x)在车载酒精传感器出厂时标定获得，并存储在车载酒精检测系统的非易失性存储器中。

优选的，进行标定时，车内酒精蒸汽的浓度x通过酒精标气瓶来确定，酒精标气瓶中含有标准浓度酒精气体。

优选的，通过酒精标气瓶确定车内酒精蒸汽的浓度x时，使酒精标气瓶在密闭车内释放标准浓度酒精气体5分钟，此时车内酒精蒸汽的浓度值x等于标准浓度酒精气体的浓度。

优选的，f(x)＝g(x)-C，其中C为修正系数。

优选的，修正系数C＝g(0)，即修正系数C等于发生时间漂移后车内酒精蒸汽浓度为零时车载酒精传感器的输出值。

优选的，所述车载酒精传感器为半导体酒精传感器和/或燃料电池酒精传感器。

一种车载酒精检测系统，用于运行车载酒精传感器现场校准的方法，包括采集控制器、车载酒精传感器、键盘、显示装置，其中，采集控制器包括CPU、程序存储器、数据存储器、flash存储器、A/D转换器。

优选的，车载酒精检测系统出厂标定校准后，得到校准状态下车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系Y＝f(x)，根据函数Y＝f(x)，在车载酒精传感器的输出值为Y时，车载酒精检测系统得到的车内酒精蒸汽浓度的测量值B＝f^-1(Y)。

优选的，函数Y＝f(x)和Y’(0)＝g(0)均存储在车载酒精检测系统的flash存储器中，掉电不丢失。

本发明的有益效果：

本发明是利用半导体酒精传感器和燃料电池酒精传感器时间漂移为线性漂移的特性提出的车载酒精传感器现场校准方法，在简化酒精传感器校准操作的同时，降低了用户用车成本、增加了用户的体验度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的f(x)和g(x)曲线的示例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提出一种车载酒精传感器的现场校准方法，通过本发明可完成车载酒精检测系统酒精传感器的现场校准。由于在车上若想提供多个标准浓度酒精蒸汽环境非常困难，因此本发明提供的校准方法为单点现场校准方法。

参照图1对本发明的原理进行说明，可以理解的是，图1中f(x)和g(x)的函数曲线仅作为示例。

假设Y为车载酒精传感器的输出值，x为车内酒精蒸汽的实际浓度值，车内酒精蒸汽的实际浓度值通过酒精标气瓶来确定，酒精标气瓶中含有标准浓度酒精气体；在本发明的一个实施例中，使酒精标气瓶在密闭车内释放标准浓度酒精气体5分钟，认为此时车内酒精蒸汽的浓度值等于标准浓度酒精气体的浓度。在校准状态下，车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间存在如下函数关系：

Y＝f(x) ⑴

式⑴为出厂标定校准/上次校准后(即经过出厂标定和校准状态下)车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系，车载酒精检测系统得到的车内酒精蒸汽浓度测量值B＝f^-1(Y)，这样使得测量值B等于实际车内酒精蒸汽的浓度值x；

车载酒精传感器使用一段时间后，会发生时间漂移。此时车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系变化为：

Y’＝g(x) ⑵

式⑵为发生时间漂移后车载酒精传感器的输出值Y’与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系；

通常时间漂移主要使车载酒精传感器的输出函数曲线发生平移，因此在精度要求不高的情况下可以近似认为：

g(x)＝f(x)+C

其中，C为由时间漂移所导致的车载酒精传感器输出函数曲线的平移量，C也被称为修正系数。

因此，对发生时间漂移后的函数g(x)进行校准，得到校准后车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间函数关系为：

Y＝g(x)-C ⑶

式⑶为经过本发明现场校准后车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间函数关系。

车载酒精传感器出厂时，是经过校准的。因此，当车载酒精传感器置于酒精蒸汽浓度为零的环境中，其输出为零，即f(0)＝0；传感器使用一段时间后，发生了时间漂移。此时将车载酒精传感器置于酒精蒸汽浓度为零的环境中，其输出为g(0)＝C，因此校准后车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间函数关系为：

Y＝g(x)－g(0) ⑷

本发明的车载酒精传感器现场校准方法，在酒精蒸汽浓度为零的环境下对车载酒精传感器进行现场校准。步骤如下：

a、使车内酒精蒸汽浓度为零；

b、接通车载酒精检测系统电源；

c、发出车在酒精传感器校准命令，进行车载酒精传感器校准，得到车内酒精蒸汽浓度为零时车载酒精传感器的输出值g(0)；

d、得到校准后车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间函数关系Y＝g(x)-g(0)；

e、车载酒精检测系统将Y＝g(x)-g(0)作为校准后的酒精蒸汽浓度计算模型，完成车载酒精传感器的现场校准。

其中，g(0)称作修正系数，Y＝g(x)为发生时间漂移后车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系。

在本发明的另一实施例中，提出一种车载酒精检测系统，包括采集控制器、车载酒精传感器、键盘、显示装置，其中，采集控制器包括CPU、程序存储器、数据存储器、flash存储器、A/D转换器，采集控制器存储并运行本发明车载酒精传感器现场校准方法的程序。

车载酒精检测系统正常工作时，由采集控制器以设定时间间隔不断获取车载酒精传感器的输出值Y，采集控制器根据车载酒精传感器的输出值Y计算出车内酒精蒸汽浓度的测量值B，并将测量值B输出到显示装置上，供驾驶员查看。

车载酒精传感器出厂时会进行标定工作，即确定车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系Y＝f(x)，其中，x是车内酒精蒸汽的浓度。函数关系Y＝f(x)保存在采集控制器的flash存储器中，掉电不丢失。

采集控制器获取到车载酒精传感器的输出值Y后，会根据flash存储器中保存的车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系Y＝f(x)，计算车内酒精蒸汽浓度的测量值B＝f^-1(Y)。

车载酒精传感器使用一段时间后，会发生时间漂移，此时车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系不满足Y＝f(x)，并可认为此时两者满足另外一个函数Y＝g(x)，若还是根据B＝f^-1(Y)来计算车内酒精蒸汽浓度的测量值，会导致不准确，因此需要对车载酒精传感器进行校正。

已知g(x)＝f(x)+C，C为修正系数。使车内酒精蒸汽浓度为零，车载酒精检测系统上电状态下，当采集控制器接到校准命令后，进行车载酒精传感器的现场校准，获取车内酒精蒸汽浓度为零时的输出值Y1＝g(0)，此时C＝g(0)。即可以得到f(x)＝g(x)-C，也即f(x)＝g(x)-g(0)，将C＝g(0)存储在flash存储器中，即使系统掉电也不会丢失，采集控制器根据修正系数C进行校正计算。具体的，校准后，采集控制器计算得到的车内酒精蒸汽浓度的测量值B＝f^-1(g(x)-g(0))。其中，校准命令可以由用户通过键盘发出。

当然，可以认为出厂时经过校准的修正系数C＝0。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，包括以下内容：

在车内酒精蒸汽浓度为零时，发出车载酒精传感器校准命令，进行车载酒精传感器校准，记录车内酒精蒸汽浓度为零时车载酒精传感器的输出值Y’(0)＝g(0)；

根据输出值g(0)进行车载酒精传感器的校准，校准后车载酒精检测系统车内酒精蒸汽浓度测量值B＝f^-1(g(x)-g(0))；

其中，Y＝f(x)为校准状态下车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系，Y’＝g(x)为发生时间漂移后车载酒精传感器的输出值Y’与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系。

2.根据权利要求1所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，校准状态下车载酒精传感器的输出值Y与车内酒精蒸汽的浓度x之间的函数关系Y＝f(x)在车载酒精传感器出厂时标定获得，并存储在车载酒精检测系统的非易失性存储器中。

3.根据权利要求2所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，进行标定时，车内酒精蒸汽的浓度x通过酒精标气瓶来确定，酒精标气瓶中含有标准浓度酒精气体。

4.根据权利要求3所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，通过酒精标气瓶确定车内酒精蒸汽的浓度x时，使酒精标气瓶在密闭车内释放标准浓度酒精气体5分钟，此时车内酒精蒸汽的浓度值x等于标准浓度酒精气体的浓度。

5.根据权利要求1所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，f(x)＝g(x)-C，其中C为修正系数。

6.根据权利要求5所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，修正系数C＝g(0)，即修正系数C等于发生时间漂移后车内酒精蒸汽浓度为零时车载酒精传感器的输出值。

7.根据权利要求1所述的一种车载酒精传感器现场校准方法，其特征在于，所述车载酒精传感器为半导体酒精传感器和/或燃料电池酒精传感器。

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