CN111551259A - 一种基于uwb和红外传感器协同的测温校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温度校正技术领域,具体而言,涉及一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,该方法通过设置定位装置,避免普通距离传感器造成的二次距离误差。利用基于最小二乘的多项式拟合法确定红外传感器与样本目标实际温度值的关系,从而可以达到对距离变化的温度补偿,并与红外传感器的测试温度相结合,从而确定样本目标的精确温度。如此,能够精确测量样本目标的温度,还能够锁定待测目标的空间位置。
Description
技术领域
本发明涉及温度校正技术领域,具体而言,涉及一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法。
背景技术
温度传感器作为监测温度的一种重要工具,广泛应用于工业生产中,因本身存在的误差以及外界因素干扰,温度传感器的测量值与实际值会有所偏差,为了消除偏差需要利用标准的计量仪器对所使用的温度传感器进行标定。
现有的利用恒温箱对温度传感器进行标定,这样会存在忽略恒温箱的温度误差和忽略了采集通道(如大气)的误差,进而会影响温度传感器的标定精度。
发明内容
本发明提供了一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,通过设置定位装置,避免普通距离传感器造成的二次距离误差。利用基于最小二乘的多项式拟合法确定红外传感器与样本目标实际温度值的关系,从而可以达到对距离变化的温度补偿,并与红外传感器的测试温度相结合,从而确定样本目标的精确温度。如此,能够精确测量样本目标的温度,还能够锁定待测目标的空间位置。
本发明提供了一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,所述方法包括:
获取红外传感器的位置信息;
根据所述红外传感器的位置信息设置第一UWB定位装置、第二UWB定位装置、第三UWB定位装置以及第四UWB定位装置;
对样本目标及所述红外传感器分别设置UWB定位标签;根据所述UWB定位标签测得所述样本目标的初始空间坐标位置,并测出所述红外传感器和所述样本目标的初始直线距离;
根据所述红外传感器测得所述样本目标的初始温度,利用温度测量仪测得所述样本目标的初始实际温度;
对所述样本目标的位置进行多次变动,根据所述UWB定位标签测得所述样本目标每变动一次的空间坐标位置,并测出所述红外传感器和所述样本目标每变动一次的当前直线距离;
根据所述红外传感器测得所述样本目标每变动一次的当前温度,利用所述温度测量仪测得所述样本目标每变动一次的当前实际温度;
将所述初始直线距离、所述初始温度、所述初始实际温度、所述当前直线距离、多个当前温度以及多个当前实际温度输入预设拟合模型,并在设定约束条件下确定所述预设拟合模型中的多个拟合系数;根据所述拟合系数得到与所述预设拟合模型对应的目标拟合模型;
根据所述红外传感器测得待测目标的检测温度,所述UWB定位装置测得红外传感器和待检测目标的实际直线距离,将所述检测温度和所述实际直线距离输入所述目标拟合模型,得到所述待测目标的最终温度。
在一种可替代的实施方式中,所述预设拟合模型为:
在上述所述预设拟合模型中a0表示初始温度,d0表示初始直线距离,b0表示初始实际温度,an表示当前温度,dn表示当前直线距离,bn表示当前实际温度,k0、k1、k2和k3均表示拟合系数。
在一种可替代的实施方式中,所述设定约束条件为:
在一种可替代的实施方式中,将所述初始直线距离、所述初始温度、所述初始实际温度、所述当前直线距离、多个当前温度以及多个当前实际温度输入预设拟合模型,并在设定约束条件下确定所述预设拟合模型中的多个拟合系数的步骤,包括:
所述目标拟合模型为cpre=a+k0+k1d+k2d2+k3d3;
在上述目标拟合模型中,cpre表示红外传感器的校正温度值,a表示红外传感器显示温度值,d表示红外传感器和待测目标的直线距离。
在一种可替代的实施方式中,所述第一UWB定位基站、所述第二UWB定位基站、所述第三UWB定位基站以及所述第四UWB定位基站形成空间直角坐标系。
本发明与现有技术相比,具有的有益效果为:
本发明提供了一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,通过设置定位装置,避免普通距离传感器造成的二次距离误差。利用基于最小二乘的多项式拟合法确定红外传感器与样本目标实际温度值的关系,从而可以达到对距离变化的温度补偿,并与红外传感器的测试温度相结合,从而确定样本目标的精确温度。如此,能够精确测量样本目标的温度,还能够锁定待测目标的空间位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法的实现原理流程图。
图2为本发明实施例所提供的测温布局示意图。
图3为本发明实施例所提供的目标拟合模型的效果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例:
请结合参阅图1,为本发明实施例所提供的一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法的实现原理流程图,该方法可以包括以下内容。
步骤S1,获取红外传感器的位置信息。
步骤S2,根据红外传感器的位置信息设置第一UWB定位装置、第二UWB定位装置、第三UWB定位装置以及第四UWB定位装置。
步骤S3,对样本目标及红外传感器分别设置UWB定位标签;根据UWB定位标签测得样本目标的初始空间坐标位置,并测出红外传感器和样本目标的初始直线距离。
步骤S4,根据红外传感器测得样本目标的初始温度,利用温度测量仪测得样本目标的初始实际温度,其中,温度测量仪可以为高精度温度测量仪。
步骤S5,对样本目标的位置进行多次变动,根据UWB定位标签测得样本目标每变动一次的空间坐标位置,并测出红外传感器和样本目标每变动一次的当前直线距离。
步骤S6,根据红外传感器测得样本目标每变动一次的当前温度,利用温度测量仪测得样本目标每变动一次的当前实际温度。
步骤S7,将初始直线距离、初始温度、初始实际温度、当前直线距离、多个当前温度以及多个当前实际温度输入预设拟合模型,并在设定约束条件下确定预设拟合模型中的多个拟合系数;根据拟合系数得到与预设拟合模型对应的目标拟合模型。
步骤S8,根据红外传感器测得待测目标的检测温度,UWB定位装置测得红外传感器和待检测目标的实际直线距离,将检测温度和实际直线距离输入目标拟合模型,得到待测目标的最终温度。
通过步骤S1-步骤S8,设置定位装置,避免普通距离传感器造成的二次距离误差。利用基于最小二乘的多项式拟合法确定红外传感器与样本目标实际温度值的关系,从而可以达到对距离变化的温度补偿,并与红外传感器的测试温度相结合,从而确定样本目标的精确温度。如此,能够精确测量样本目标的温度,还能够锁定待测目标的空间位置,以便工作人员进行及时处置。
在一种可替代的实施方式中,在步骤S2中,第一UWB定位装置、第二UWB定位装置、第三UWB定位装置以及第四UWB定位装置形成空间直角坐标系,空间直角坐标系可以测算并校正两点间的精确距离。
在一种可替代的实施方式中,在步骤S7中,预设拟合模型为:
在上述预设拟合模型中a0表示初始温度,d0表示初始直线距离,b0表示初始实际温度,an表示初始当前温度,dn表示当前直线距离,bn表示当前实际温度,k0、k1、k2和k3均表示拟合系数。
在本实施例中,预设拟合模型为设定待拟合的多项式公式。设定多项式的最高次幂为三次的原因是距离、环境气体浓度、湿度等因素的影响都是以线、面、体积为单位的变化量,且避免幂次高于三次时会出现严重的龙格现象,从而导致公式温度预测值与温度实际值出现较大的偏差。
在一种可替代的实施方式中,设定约束条件为:
进一步地,在步骤S7中,为了得到k0、k1、k2和k3的值,还可以包括以下内容。
在一种可替代的实施方式中,在步骤S7中,目标拟合模型为
cpre=a+k0+k1d+k2d2+k3d3
在上述目标拟合模型中,cpre表示红外传感器的校正温度值,a表示红外传感器显示温度值,d表示红外传感器和待测目标的直线距离。
请参阅图2,红外传感器在图2中可以用O点表示。第一UWB定位装置在图2中可以用B1表示,第二UWB定位装置在图2中可以用B2表示,第三UWB定位装置在图2中可以用B3表示,第四UWB定位装置设置在O点处,第四UWB定位装置在图中未示出。样本目标在图2中可以用A0点表示。样本目标每变动一次,可以用A1,……,An点表示。
综上所述,该方法既可以测量待测目标的温度,又可以精确定位待测目标的三维空间位置。采用基于多项式拟合的数据处理方式,不产生无效数据且不需要大量测试数据,计算方式简单方便。
一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法的使用方法如下:
(1)根据步骤S1~S3,布置红外传感器和UWB定位装置。
(2)将一个37.0℃恒温物体作为样本目标,设置初始直线距离为0,红外传感器测量的初始温度为36.9℃。
(3)随机变动样本目标的空间位置,用UWB定位装置测量出红外传感器和样本目标之间的直线距离分别为0.2m,0.4m,0.6m,……,3.0m。
(4)在每次变动待测目标位置时,用红外传感器测量待测目标对应的当前温度分别为36.8℃,36.7℃,36.6℃,……,31.8℃,用高精度温度测量仪测得待测目标的实际温度恒为37.0℃。测量数据见表1。
(5)将表1中所得到的测量数据代入到预设拟合模型
得到:
(7)将拟合系数值代入目标拟合模型cpre=a+k0+k1d+k2d2+k3d3中,得到最终的红外传感器温度校正公式为:cpre=a-0.7d+2.2d2-0.46d3。
(8)设置待测目标,将待测目标放置到空间随机位置处,用UWB定位装置测量待测目标空间坐标并计算待测目标到红外传感器的直线距离为3.2m,假设红外传感器的示数为31.4℃,将直线距离3.2m和当前温度31.4℃代入到校正公式中,即可以得到该目标的预测温度为36.6℃。
直线距离/m | 传感器示数/℃ | 实际温度/℃ |
0 | 36.9 | 37.0 |
0.2 | 36.8 | 37.0 |
0.4 | 36.7 | 37.0 |
0.6 | 36.6 | 37.0 |
0.8 | 36.4 | 37.0 |
1.0 | 36.2 | 37.0 |
1.2 | 36.5 | 37.0 |
1.4 | 34.7 | 37.0 |
1.6 | 34.1 | 37.0 |
1.8 | 33.6 | 37.0 |
2.0 | 33.3 | 37.0 |
2.2 | 33.0 | 37.0 |
2.4 | 32.5 | 37.0 |
2.6 | 32.3 | 37.0 |
2.8 | 32.0 | 37.0 |
3.0 | 31.8 | 37.0 |
表1
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。
Claims (5)
1.一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,其特征在于,所述方法包括:
获取红外传感器的位置信息;
根据所述红外传感器的位置信息设置第一UWB定位装置、第二UWB定位装置、第三UWB定位装置以及第四UWB定位装置;
对样本目标及所述红外传感器分别设置UWB定位标签;根据所述UWB定位标签测得所述样本目标的初始空间坐标位置,并测出所述红外传感器和所述样本目标的初始直线距离;
根据所述红外传感器测得所述样本目标的初始温度,利用温度测量仪测得所述样本目标的初始实际温度;
对所述样本目标的位置进行多次变动,根据所述UWB定位标签测得所述样本目标每变动一次的空间坐标位置,并测出所述红外传感器和所述样本目标每变动一次的当前直线距离;
根据所述红外传感器测得所述样本目标每变动一次的当前温度,利用所述温度测量仪测得所述样本目标每变动一次的当前实际温度;
将所述初始直线距离、所述初始温度、所述初始实际温度、所述当前直线距离、多个当前温度以及多个当前实际温度输入预设拟合模型,并在设定约束条件下确定所述预设拟合模型中的多个拟合系数;根据所述拟合系数得到与所述预设拟合模型对应的目标拟合模型;
根据所述红外传感器测得待测目标的检测温度,所述UWB定位装置测得红外传感器和待检测目标的实际直线距离,将所述检测温度和所述实际直线距离输入所述目标拟合模型,得到所述待测目标的最终温度。
4.根据权利要求3所述的一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,其特征在于,将所述初始直线距离、所述初始温度、所述初始实际温度、所述当前直线距离、多个当前温度以及多个当前实际温度输入预设拟合模型,并在设定约束条件下确定所述预设拟合模型中的多个拟合系数的步骤,包括:
所述目标拟合模型为cpre=a+k0+k1d+k2d2+k3d3;
在上述目标拟合模型中,cpre表示红外传感器的校正温度值,a表示红外传感器显示温度值,d表示红外传感器和待测目标的直线距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于UWB和红外传感器协同的测温校正方法,其特征在于,所述第一UWB定位基站、所述第二UWB定位基站、所述第三UWB定位基站以及所述第四UWB定位基站形成空间直角坐标系。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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