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通用型测量仪表数据校正卡的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种通用型测量仪表数据校正卡，属于仪表与测量【技术领域】。该装置包括三部分：对外界环境进行探测的环境传感器与相关采集系统模块、仪表数据智能识别读入系统模块和数据修正系统模块。每一系统模块除部分功能与中央运算设备相同外拥有独立的硬件与程序算法。仪表数据智能识别读入系统通过上下位机硬件接口协议完成通信方式的识别，再通过软件协议识别数据类型。本发明通过从仪表中剥离出数据校正设备，使仪表类设备研发过程中不必考虑数据修正与环境补偿等考虑，降低了研发难度。使用简单，普适性好，能够帮助技术水平有限的设计单位或个人在尽可能简单的情况下设计出性能更好、使用环境参量范围更广的设备。
【专利说明】通用型测量仪表数据校正卡
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通用型测量仪表数据校正卡，属于仪表与测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，针对测量数据的校正一般有以下两种方法:⑴硬件补偿方法:本方法在硬件设计中加入削弱环境干扰的设计，例如在电路中加入受环境因素影响与主要测量元器件相反的补偿元件、影响测量结果的元器件选择受环境影响小的型号、使用运算补偿电路等。
[2]软件修正方法:本方法通过软件计算修正采集得到的数据，即在主控芯片程序中加入修正程序，修正程序通过环境测量传感器采集外界环境数据，利用这些数据以及数据修正算法来校正测量数据。
[0003]上述两种方法，存在一定优缺点:(I)硬件补偿方法，通过硬件补偿可以提高测量精度的方法同时不需要修改数据采集系统程序，不占用系统时间，一般在设计的使用范围内效果较理想。但是这一方法需要针对每一新设备特殊设计，设计较困难，会引入附加的硬件功耗，有时会较大。另外有些情况下可能找不到合适的补偿方法。(2)软件修正方法:软件修正的方法适用面较广，但需要为设备添置环境参量的辅助设备，修正程序会消耗处理器时间，对系统处理速度有不利影响。在程序中添加软件修正模块和在硬件电路中加入辅助环境测量硬件都会带来系统设计上的不便，有时甚至需要修改整体设计方案来实现软件修正。
[0004]当前社会上科研、生产、国防等领域都需求更精确、环境适应更好的仪表设备，但大范围的环境情况波动无疑会降低设备精度，使用传统方法工作的校正设备(技术)适用面小，研发的时间成本与物质成本都很高。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于针对以上技术缺点，提出一种通用型测量仪表数据校正卡，以便能够提高设备的测量精度，扩展设备的应用范围，同时有利于降低相关领域的设备成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0007]—种通用型测量仪表数据校正卡，包括三部分:对外界环境进行探测的环境传感器与相关采集系统模块、仪表数据智能识别读入系统模块和数据修正系统模块。每一系统模块除部分功能与中央运算设备相同外拥有自己独立的硬件与程序算法。各部分连接关系为:环境传感器与相关采集系统模块输入端与环境传感器与数据采集器相连接，输出端连接在数据修正系统模块上；仪表数据智能识别读入系统模块输入端与仪表数据输出端相连接，仪表数据智能识别读入系统模块输出端与数据修正系统模块相连接，数据修正系统模块上设置有输出端用以输出处理后的数据。
[0008]其中，仪表数据智能识别读入系统通过上下位机硬件接口协议完成通信方式的识另IJ，再通过软件协议识别数据类型。硬件协议定义了总线识别系统的信号接入接口:信号接入口包括串并方式声明位(Ibit)、串行总线数据交换位(Sbit)、并行数据(并行方式)或串行总线类型声明位(串行方式)(9bit)、系统VCC与GND位(2bit)。
[0009]系统工作中先利用VCC位判断设备是否连接，然后通过串并方式声明位判断系统工作方式:若为并行模式，系统通过并行数据位读入数据交给软件协议；若为串行方式，系统先根据串行总线类型声明位确定总线类型，再驱动相应数据总线读入数据。软件协议规定了数据的长度、对齐方式、数据识别号等信息，由数据采集仪表与校正卡共同遵守。
[0010]数据修正系统工作需要先对原仪表进行多组校正测量，每组测量的内容包括仪表测量结果、环境参量与作为参考数据的精密仪表的测量结果(被认为是真实值)。上述测量结果存储在系统的存储设备中。系统不断测量环境参数，在系统数据输入系统接收到仪表输送来的数据后，系统在存储的数据中选择仪表测量结果与环境测量结果最接近的四组数据(需要让测量的环境数据与仪表输送来的数据组成的数据向量落在以上四组之间)。设备利用多维空间曲面微元法求解真实值的近似解。最终将求解结果输出给输出总线接口或发送到输出设备。
[0011 ] 上述设备基于下列理论模型: [0012]在使用的各种测量设备都或多或少的受环境因素的影响，仪表使用环境的温度、湿度、光强、大气压力等情况的不同都会使测量结果与原设计环境(比如室温)下的测量结果不相符合。在仪表设计过程中一般会加入减小环境影响的设计，或者规定可以接受的环境参数范围。不同的仪表设备使用不同的工作元件与计算方法，但是可以看到环境影响造成的数据偏差与环境变化情况存在以下特点:仪表实际测量结果与理想环境下的测量结果的偏差受环境参数影响是一种连续的、全定义域(或其中的各部分)单调的映射关系。这样的映射关系是平稳的(有一个或多个平稳的映射曲线)。环境变量的值、不理想测量值到理想测量值之间可以建立一个具有以上关系的映射。基于此点，建立环境变量、仪表测量值与最精确的测量值的数学模型，具体如下:
[0013]首先约定在后文中使用以下的符号:环境变量使用A1, A2, A3...来表示，理想的测量结果，即在仪表理想使用环境下测出的结果(这是仪表能达到的最高精确水平)使用Z表示，仪表在不理想环境下使用实际得到的测量结果使用X来表示。
[0014]令环境变量A1,A2,A3...等组成向量^(4,為,為…)，则按照上文中分析可以得到映射:
[0015]/{α,Χ^-^.Ζ
[0016]在这里，利用多维向量元素来简化这种关系的表达，这样多个环境变量变成了一个多维向量，在下面的内容中将以此达标环境变量。
[0017]由于把上面的关系看成了二元变量向单值的映射，可以利用空间中的曲面来表达这一关系。容易理解的，这一空间曲面继承了其原型数学关系的性质:连续的、有方向倾斜的、(除个别特殊位置)可微的曲面。借助微分的思想将曲面近似为微小平面组成的特殊曲面。在允许的条件下，通过这样的近似可以使用简单的运算进行求解，此处使用统计拟合的方法。
[0018]统计要求在被估计(也就是被修正)的点的定义域附近有充分多的数据，这些数据使得有把握的对一个(也可能十几个)微元平面内的点进行估计。这样的估计类似于统计预测中使用的函数拟合方法，选用微元尺度，这样可以利用相对少很多的点简单的使用空间平面的方法进行处理。
[0019]需要求解的模型应该是这样的状态:设存在需要修正的点(?，尤)，并且在其附近
已知有可靠的点(~不)、^ (?3，Ι3)，这些点对应的理想测量值分别是Z1' Z2, Ζ3。
[0020]展开所使用的环境变量向量,在η+1维空间(包含X变量)中对以上三点所形成的平面进行计算。这里所使用的方法如同一般的向量与向量平面中的运算那样，依靠向量
垂直与向量-平面垂直关系即可求出结果。最终将(?，毛)带入平面即可求出修正后的结
果O
[0021]系统使用高稳定的环境探测传感器获得环境向量数据，通过串行总线得到被修正仪表的测量数据，这样的话就得到了被修正的点的位置。作为已知参量的参考点数据来自实验室标准校正环境下的测量结果。参考点数量可以根据曲面的起伏程度与对修正精度的要求进行选择。参考点的数据存储在系统的片内或片外EEPROM中。
[0022]系统控制器程序主要是实现上述模型的算法，包括点选择求解器与模型求解器。点选择求解器根据待修正数据点所在位置选择合适的平面参考点。选择的一般原则是:参考点围城平面包含或尽可能接近待修正点，这样能接近最设想的微元平面近似。模型求解器需要能利用选择好的数据进行修正求解。最终结果由控制器通过串行总线输出。
[0023]另外系统所必备的辅助系统是进行参考点数据录入的装置，一般通过阵列键盘、PS2键盘、液晶显示屏、LED显示器等一般数据输入输出设备即可实现这一功能。
[0024]该发明的有益效果在于:本发明通过从仪表中剥离出数据校正设备，使仪表类设备研发过程中不必考虑数据修正与环境补偿等考虑，降低了研发难度，可使研发速度得到提高。可以应用在没有高级数据校正的仪表上，以提高设备的测量精度，扩展设备的应用范围，同时有利于降低相关领域的设备成本。本发明装置使用简单，普适性好，能够帮助技术水平有限的设计单位或个人在尽可能简单的情况下设计出性能更好、使用环境参量范围更广的设备。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例中各模块连接框图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0027]实施例
[0028]如图1所示的通用型测量仪表数据校正卡，包括三部分:对外界环境进行探测的环境传感器与相关采集系统模块、仪表数据智能识别读入系统模块和数据修正系统模块。每一系统模块除部分功能与中央运算设备相同外拥有自己独立的硬件与程序算法。各部分连接关系为:环境传感器与相关采集系统模块输入端与环境传感器与数据采集器相连接，输出端连接在数据修正系统模块上；仪表数据智能识别读入系统模块输入端与仪表数据输出端相连接，仪表数据智能识别读入系统模块输出端与数据修正系统模块相连接，数据修正系统模块上设置有输出端用以输出处理后的数据。
[0029]其中，仪表数据智能识别读入系统通过上下位机硬件接口协议完成通信方式的识另IJ，再通过软件协议识别数据类型。硬件协议定义了总线识别系统的信号接入接口:信号接入口包括串并方式声明位(Ibit)、串行总线数据交换位(Sbit)、并行数据(并行方式)或串行总线类型声明位(串行方式)(9bit)、系统VCC与GND位(2bit)。
[0030]该发明在工作中先利用仪表数据智能识别读入系统模块上的VCC位判断设备是否连接，然后通过串并方式声明位判断系统工作方式:若为并行模式，系统通过并行数据位读入数据交给软件协议；若为串行方式，系统先根据串行总线类型声明位确定总线类型，再驱动相应数据总线读入数据。软件协议规定了数据的长度、对齐方式、数据识别号等信息，由数据采集仪表与校正卡共同遵守。
[0031]数据修正系统工作需要先对原仪表进行多组校正测量，每组测量的内容包括仪表测量结果、环境参量与作为参考数据的精密仪表的测量结果(被认为是真实值)。上述测量结果存储在系统的存储设备中。系统不断测量环境参数，在系统数据输入系统接收到仪表输送来的数据后，系统在存储的数据中选择仪表测量结果与环境测量结果最接近的四组数据(需要让测量的环境数据与仪表输送来的数据组成的数据向量落在以上四组之间)。设备利用多维空间曲面微元法求解真实值的近似解。最终将求解结果输出给输出总线接口或发送到输出设备。
[0032]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种通用型测量仪表数据校正卡，其特征在于:包括三部分:对外界环境进行探测的环境传感器与相关采集系统模块、仪表数据智能识别读入系统模块和数据修正系统模块，各部分连接关系为:环境传感器与相关采集系统模块输入端与环境传感器与数据采集器相连接，输出端连接在数据修正系统模块上；仪表数据智能识别读入系统模块输入端与仪表数据输出端相连接，仪表数据智能识别读入系统模块输出端与数据修正系统模块相连接，数据修正系统模块上设置有输出端用以输出处理后的数据。
2.根据权利要求1所述的通用型测量仪表数据校正卡，其特征在于:所述每一系统模块除部分功能与系统中的中央运算设备相同外拥有独立的硬件与程序算法。
3.根据权利要求1所述的通用型测量仪表数据校正卡，其特征在于:所述仪表数据智能识别读入系统模块采用上下位机硬件接口协议完成通信方式的识别，再通过软件协议识别数据类型，硬件协议定义了总线识别系统的信号接入接口:信号接入口包括串并方式声明位(Ibit)、串行总线数据交换位(Sbit)、并行数据(并行方式)或串行总线类型声明位(串行方式)(9bit)、系统VCC与GND位(2bit)。
4.根据权利要求1所述的通用型测量仪表数据校正卡，其特征在于:所述系统工作中先利用VCC位判断设备是否连接，然后通过串并方式声明位判断系统工作方式:若为并行模式，系统通过并行数据位读入数据交给软件协议；若为串行方式，系统先根据串行总线类型声明位确定总线类型，再驱动相应数据总线读入数据；软件协议规定了数据的长度、对齐方式、数据识别号等信息，由数据采集仪表与校正卡共同遵守；数据修正系统工作需要先对原仪表进行多组校正测量，每组测量的内容包括仪表测量结果、环境参量与作为参考数据的精密仪表的测量结果；上述测量结果存储在系统的存储设备中；系统不断测量环境参数，在系统数据输入系统接收到仪表输送来的数据后，系统在存储的数据中选择仪表测量结果与环境测量结果最接近的四组数据；设备利用多维空间曲面微元法求解真实值的近似解，最终将求解结果输出给输出总线接口或发送到输出设备。
【文档编号】G01D3/028GK103674071SQ201310711887
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】张世达, 李文茉, 王武迪, 苏鸿全, 田月 申请人:吉林大学