CN112099111A - 一种标定装置及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种标定装置及标定方法，标定装置包括：测量治具，升降机构以及测距机构；其中，测量治具侧面的周面呈密封设置的筒体结构；待标定件安装在测量治具上；升降机构具有驱动器和靶面结构，驱动器的驱动端与靶面结构连接，驱动器驱动靶面结构在测量治具内滑动升降；测距机构包括控制单元和与其电连接的检测单元，检测单元检测靶面结构的高度，控制单元与待标定件连接，控制单元控制靶面结构的升降、输出检测单元的检测结果以及输出待标定件检测的靶面结构的高度。从而避免测量治具内环境受外界温度、气流的影响，进而提高待标定件通过超声波测距的原理测得结果的可靠性，实现对实验环境真实模拟。

Description

一种标定装置及标定方法
技术领域
本发明涉及传感器标定技术领域，具体涉及一种标定装置及标定方法。
背景技术
气象观测业务中的蒸发传感器，采用超声波测距原理进行蒸发测试，蒸发传感器在出厂前需要进行测试检定，使用中需每2年进行定期检定。目前的检定测试采用JJG(气象)006—2011《自动气象站蒸发传感器》中的方法，用一组标准高度模块的不同组合来得到各测试点的标准高度值；标准高度模块组合放在一个专用的测试圆桶内，蒸发传感器放置在测试圆桶顶部对高度模块组合的高度进行测量，测量结果与标准高度进行对比，得到蒸发传感器的测量误差。
现有的超声波蒸发传感器自动检测设备，其包括抬升机构，抬升机构包括滚珠丝杠通过升降从而调节蒸发模拟板的高度，但是现有的蒸发传感器设备在测试过程中，由于检测装置的设置方式，容易影响实际超声波传输，导致测试的结果出现偏差，进而导致测试可靠性降低的问题。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的蒸发传感器设备在测试过程中，由于检测装置的设置方式，容易影响实际超声波传输，导致测试的结果出现偏差，进而导致测试可靠性降低的问题。
为此，本发明提供一种标定装置，包括：
测量治具，所述测量治具侧面的周面呈密封设置的筒体结构；待标定件安装在所述测量治具上；
升降机构，具有驱动器和靶面结构，所述驱动器的驱动端与所述靶面结构连接，驱动器驱动靶面结构在测量治具内滑动升降；
测距机构，包括控制单元和与其电连接的检测单元，所述检测单元检测所述靶面结构的高度，所述控制单元与所述待标定件连接，所述控制单元控制所述靶面结构的升降、输出所述检测单元的检测结果以及输出所述待标定件检测的所述靶面结构的高度。
可选地，上述的标定装置，所述靶面结构包括：
探测基准部，具有成平面设置的基准面；
安装部，与所述探测基准部固定设置，用以与所述驱动器连接。
可选地，上述的标定装置，升降机构还包括：
连接件，所述连接件的一端与所述安装部连接，所述连接件还与所述驱动器的驱动端连接设置，以在所述驱动器的带动下驱动所述靶面结构升降；
导向件，相对所述连接件滑动设置，用以限位所述连接件的升降方向；
可选地，上述的标定装置，所述升降机构还包括：
齿轮，所述齿轮的转动轴与所述驱动器的输出端连接；
所述连接件的外壁面上还设有齿条，所述齿轮与齿条啮合传动以带动所述靶面结构的升降。
可选地，上述的标定装置，所述升降机构还包括设置在所述连接件和所述靶面结构之间的锁定件，所述锁定件用以锁定所述连接件和所述靶面结构。
可选地，上述的标定装置，所述测量治具为两侧开口的筒体结构；或所述测量治具呈一侧开口的筒体结构。
可选地，上述的标定装置，所述检测单元为激光测距器。
可选地，上述的标定装置，所述检测单元和所述待标定件分别设置在检测治具的两端。
一种标定方法，包括如下步骤：
组装：待标定件设置在测量治具上，并分别组装升降机构和测距机构，控制单元与待标定件电连接；
升降；控制单元驱动升降机构调节靶面结构的高度位置；
测试：检测单元检测靶面结构的高度并与待标定件检测的靶面结构高度对比；并得出标定结果。
上述的标定方法，采用上述的标定装置。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的标定装置，包括：测量治具，升降机构以及测距机构；其中，所述测量治具侧面的周面呈密封设置的筒体结构；待标定件安装在所述测量治具上；升降机构具有驱动器和靶面结构，所述驱动器的驱动端与所述靶面结构连接，驱动器驱动靶面结构在测量治具内滑动升降；测距机构包括控制单元和与其电连接的检测单元，所述检测单元检测所述靶面结构的高度，所述控制单元与所述待标定件连接，所述控制单元控制所述靶面结构的升降、输出所述检测单元的检测结果以及输出所述待标定件检测的所述靶面结构的高度。
此结构的标定装置，测量治具为其侧面周面呈密封设置的筒体结构，从而避免测量治具内环境受外界温度、气流的影响，进而提高待标定件通过超声波测距原理测得结果的可靠性，实现对实验环境真实模拟。避免由于超声波在筒体结构内发生反射过程中，由于背景技术中文件提及的狭缝导致的测量数据可靠性下降等问题。此外，通过升降机构中驱动器的驱动实现靶面结构沿治具长度方向的位移，实现检测测试过程中的自动化，进一步提高测量测试的工作效率。从而实现对待标定件的一键式自动检定测试，解决了现有自动化测试技术中，超声波测量传感器易受外部环境影响而导致测量结果不确定度高的问题。
2.本发明提供的标定方法，包括如下步骤：组装：待标定件设置在测量治具上，并分别组装升降机构和测距机构，控制单元与待标定件电连接；控制单元驱动升降机构调节靶面结构的高度位置；测试：检测单元检测靶面结构的高度并与待标定件检测的靶面结构高度对比；并得出标定结果。
上述的标定方法，在控制单元的控制下，按所需测试点要求调节靶面的高度并通过精密测距得到靶面高度标准值，并通过待标定件的测距输出信号得到待标定件的测量的高度示值，并通过比较高度示值和高度标准值，得到被测蒸发传感器的测量误差，从而实现了待标定件的检定测试，提高了检定测试的效率，降低了测试的不确定度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明中所提供的标定装置的结构示意图；
图2为本发明中所提供的标定装置标定过程中的示意图；
图3为本发明中所提供的靶面结构与锁定件的配合示意图；
图4为本发明中所提供的靶面结构的结构示意图；
附图标记说明：
1-测量治具；
2-待标定件；
31-驱动器；32-靶面结构；321-探测基准部；322-安装部；33-连接件；331-齿条；34-导向件；35-齿轮；36-锁定件；
41-控制单元；411-电源插接头；412-终端设备；413-终端连接端；414-标定连接端；42-检测单元；
51-基板；52-基架；53-电机支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种标定装置，如图1至图4所示，包括：测量治具1、升降机构测距机构。其中，测量治具1侧面的周面呈密封设置的筒体结构；待标定件2安装在测量治具1上；
升降机构具有驱动器31和靶面结构32，驱动器31的驱动端与靶面结构32连接，驱动器31以驱动靶面结构32沿测量治具1的长度方向滑动升降；测距机构，包括控制单元41和与其电连接的检测单元42，检测单元42检测靶面结构32的高度，控制单元41与待标定件2连接，控制单元41控制靶面结构32的升降、输出检测单元42的检测结果以及输出待标定件2检测的靶面结构32的高度。
本实施例中，待标定件2为待测蒸发传感器。驱动器31为驱动电机。
测量治具1为两侧开口的筒体结构；检测单元42和待标定件2分别设置在检测治具的两端。
如图3和图4所示，靶面结构32包括：探测基准部321以及安装部322。其中，探测基准部321具有成平面设置的基准面；安装部322与探测基准部321固定设置，用以与驱动器31连接。具体而言，安装部322呈环形结构设置在探测基准部321的底部表面。
如图1和图2所示，升降机构还包括：连接件33、导向件34以及齿轮35。其中，连接件33的一端与安装部322连接，连接件33还与驱动器31的驱动端连接设置，以在驱动器31的带动下驱动靶面结构32升降；导向件34相对连接件33滑动设置，用以限位连接件33的升降方向；齿轮35的转动轴与驱动器31的输出端连接；具体而言，导向件34为沿竖直方向设置的圆角矩形轴；对应地，连接件33具有圆角矩形孔，连接件33沿导向件34方向滑动设置；此外，连接件33的外壁面上还设有齿条331，齿轮35与齿条331啮合传动以带动靶面结构32的升降。
此外，如图3所示，升降机构还包括设置在连接件33和安装部322之间的锁定件36，锁定件36用以锁定连接件33和安装部322。具体而言，锁定件36可以为锁定螺丝，当然可以为其他非螺纹锁定件36，只要保证锁定件36实现对连接件33和安装部322之间的锁定安装即可。
控制单元包括：MCU、电机控制器、检测单元控制控制电路、待标定件测量电路、电源变换电路、通信接口等构成，电机控制器连接驱动器、检测单元控制控制电路连接检测单元，对外通过终端连接端上的引线连接终端设备，以及通过标定连接端连接待标定件。通过接收终端设备的指令，控制电机的转动，如电机的正转、反转以及转动步程，从而实现将靶面结构升降至待测试点的位置高度上；此外，控制单元还为蒸发传感器提供电源，并采集蒸发传感器一侧的测量输出信号，并将测量的数据发送到终端进行后续处理。
检测单元42为激光测距器，具体而言，其采用激光测距原理实现，检测单元42安装在测量筒底部，其测距的目标是探测基准部321的下端面，通过测量探测基准部321下端面的移动距离，得到高度标准值。采用激光测距的原理，解决了采用其他结构，例如采用光栅尺过程中需要与靶面结构32联动的配合问题，提高维护设备的便捷性。在其他可选的实施方式中，检测单元还可以采用磁尺实现对检测单元对靶面结构高度位置的测距，或是检测单元也可以采用超声测距的方式实现检测单元对靶面结构高度位置的测距。
本实施例还包括安装组件，包括基板51、基架52以及电机支架53，其中，电机支架53安装在基架52上，电机安装在电机支架53上，导向件34安装在基架52上，控制器安装在基板51上，基板51、基架52以及电机支架53相对固定设置。
此结构的标定装置，测量治具1为其侧面周面呈密封设置的筒体结构，从而避免测量治具1内环境受外界温度、气流的影响，进而提高待标定件2通过超声波测距的原理测得结果的可靠性，实现对实验环境真实模拟。避免由于超声波在筒体结构内发生反射过程中，由于背景技术中文件提及的狭缝导致的测量数据可靠性下降等问题。此外，通过升降机构中驱动器31的驱动实现靶面结构32沿治具长度方向的位移，实现检测测试过程中的自动化，进一步提高测量测试的工作效率。从而实现对待标定件2的一键式自动检定测试，解决了现有自动化测试技术中，超声波测量传感器易受外部环境影响而导致测量结果不确定度高的问题。
当然，在其他可选的实施方式中，测量治具1还可以为呈一侧开口的筒体结构。只要实现其周面为封闭结构即可。
在其他可选的实施方式中，驱动器可以为升降电机，升降电机的驱动端与靶面结构的底部直接连接，即可实现驱动器直接驱动靶面结构在治具内升降。此时不需要设置连接件33即可实现驱动器与靶面结构的连接。
实施例2
本实施例提供标定方法，包括如下步骤：
S1：组装：待标定件2设置在测量治具1上，并分别组装升降机构和测距机构，控制单元41与待标定件2电连接；
S11：将基架52以及电机支架53进行安装固定；其后，将导向件34安装在基架52上，连接件33套设在导向件34外，电机安装在电机支架53上，齿轮35穿设在电机的输出轴上；并将齿轮35与连接件33上的齿条331啮合。
S12：将靶面结构32的安装部322通过锁定件36与连接件33的顶部相互锁定，并将靶面结构32穿设在测量治具1内。将测量治具1安装在基板51上，将检测单元42安装在测量治具1的底侧，将待标定件2安装在测量治具1的顶部。
S13：控制单元41安装在基板51上，通过通过引线分别连接终端设备412和终端连接端413、标定连接端414和待标定件2、电源插头和电源、以及依次连接驱动器31和检测单元42。
S2：升降；控制单元41驱动升降机构调节靶面结构32的高度位置；
S3：测试：检测单元42检测靶面结构32的高度并与待标定件2检测的靶面结构32高度对比；并得出蒸发量和误差量，最终得到标定结果。
具体而言，首先预先设定若干标定高度位置，如：初始标定位置，第一标定位置、第二标定位置、第三标定位置、第四标定位置、第五标定位置和第六标定位置。具体而言，初始标定位置与测量治具底部之间的距离为0mm；第一标定位置至第六标定位置分别与测量治具底部的距离为10mm、20mm、40mm、60mm、80mm和90mm。
在初始标定位置时，检测单元检测到靶面结构的高度位置为基准高度测试值hb0，而后读取并记录待标定的蒸发传感器的通过测距输出信号得到的基准高度标定值hC0。
控制单元通过依据此时的测试点高度与目标高度位置，控制驱动器也即电机正转或反转，使得靶面结构的基准面移动至第一标定位置处，并通过检测单元得到此时的第一高度测试值hb1，而后读取并记录待标定的蒸发传感器的通过测距输出信号得到的第一高度标定值hC1。
而后，进行下一标定位置的测量以及记录，最终得到第二高度测试值hb2、第二高度标定值hC2、第三高度测试值hb3、第三高度标定值hC3……第i高度测试值hbi、第i高度标定值hCi……第六高度测试值hb6、第六高度标定值hC6。
通过任一高度测试值与基准高度测试值的差值得到测试蒸发值Ebi＝hbi-hb0，最终得到Eb1、Eb2、Eb3、Eb4、Eb5、Eb6；通过任一高度标定值与基准高度标定值的差值得到标定蒸发值Eci＝hci-hc0，最终得到Ec1、Ec2、Ec3、Ec4、Ec5、Ec6。
通过测试蒸发值和标定蒸发值的差值，最终得到第一测量误差、第二测量误差…第i测量误差…第6测量误差：Δi＝|Eci-Ebi|；最终得到Δ1、Δ2、…Δi…Δ6。
其中，依据测试蒸发值的大小检测测量误差是否在规定范围内，从而对待标定件的优良进行评判，如：
当Ebi≤10mm时，若Δi的范围为±0.2mm时，则待标定件为合格品；反之则为不合格品；
当Ebi＞10mm时，
Figure BDA0002693293360000111
的范围为±2％时，则待标定件为合格品；反之则为不合格品。
本实施例提供的标定方法，在控制单元的控制下，按所需测试点要求调节靶面的高度并通过精密测距得到靶面高度标准值，并通过待标定件的测距输出信号得到待标定件的测量的高度示值，并通过比较高度示值和高度标准值，得到被测蒸发传感器的测量误差，从而实现了待标定件的检定测试，提高了检定测试的效率，降低了测试的不确定度。
实施例3
实施例2中的标定方法采用实施例1中提供的标定装置进行传感器的标定。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种标定装置，其特征在于，包括：
测量治具(1)，所述测量治具(1)的侧面周面为呈密封设置的筒体结构；待标定件(2)安装在所述测量治具(1)上；
升降机构，具有驱动器(31)和靶面结构(32)，所述驱动器(31)的驱动端与所述靶面结构(32)连接，所述驱动器(31)驱动所述靶面结构(32)在所述测量治具(1)内滑动升降；
测距机构，包括控制单元(41)和与其电连接的检测单元(42)，所述检测单元(42)检测所述靶面结构(32)的高度，所述控制单元(41)与所述待标定件(2)连接，所述控制单元(41)控制所述靶面结构(32)的升降、输出所述检测单元(42)的检测结果以及输出所述待标定件(2)检测的所述靶面结构(32)的高度。
2.根据权利要求1中所述的标定装置，其特征在于，所述靶面结构(32)包括：
探测基准部(321)，具有成平面设置的基准面；
安装部(322)，与所述探测基准部(321)固定设置，用以与所述驱动器(31)连接。
3.根据权利要求2中所述的标定装置，其特征在于，所述升降机构还包括：
连接件(33)，所述连接件(33)的一端与所述安装部(322)连接，所述连接件(33)还与所述驱动器(31)的驱动端连接设置，以在所述驱动器(31)的带动下驱动所述靶面结构(32)升降；
导向件(34)，相对所述连接件(33)滑动设置，用以限位所述连接件(33)的升降方向。
4.根据权利要求3中所述的标定装置，其特征在于，所述升降机构还包括：
齿轮(35)，所述齿轮(35)的转动轴与所述驱动器(31)的输出端连接；
所述连接件(33)的外壁面上还设有齿条(331)，所述齿轮(35)与齿条(331)啮合传动以带动所述靶面结构(32)的升降。
5.根据权利要求4中所述的标定装置，其特征在于，
所述升降机构还包括设置在所述连接件(33)和所述靶面结构(32)之间的锁定件(36)，所述锁定件(36)用以锁定所述连接件(33)和所述靶面结构(32)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述测量治具(1)为两侧开口的筒体结构；或所述测量治具(1)呈一侧开口的筒体结构。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述检测单元(42)为激光测距器。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述检测单元(42)和所述待标定件(2)分别设置在检测治具的两端。
9.一种标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
组装：待标定件(2)设置在测量治具(1)上，并分别组装升降机构和测距机构，控制单元(41)与待标定件(2)电连接；
升降；控制单元(41)驱动升降机构调节靶面结构(32)的高度位置；
测试：检测单元(42)检测靶面结构(32)的高度并与待标定件(2)检测的靶面结构(32)高度对比；并得出标定结果。
10.根据权利要求9中的标定方法，采用权利要求1-8中任一项所述的标定装置。
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