远程在线校准技术探讨
发布时间：2020-09-09 作者： 李伟雄 来源：中国计量杂志 浏览：709
一、引言
随着科学技术的发展，各行业对计量校准服务提出了更高效和低成本的需求，在此背景下，计量领域出现了一种远程校准技术，该技术使得校准更快速，并节省了大量的人力物力。为顺应信息技术的发展，把测量技术与网络通信技术紧密结合，使得计量技术领域向远程在线校准的方向发展，将现代信息技术和计量自动化校准技术相结合，才能开发出远程的计量校准技术。
二、远程在线校准的概念
远程在线校准就是远距离对被校对象进行校准，也就是远距离自动控制操作校准过程、远距离传输数据、远距离处理校准数据、远距离判断结果并出具证书等操作，即用户的被校准测量仪器或测量系统不再需要送到上级计量技术机构去校准，或是上级计量技术机构不需到现场对其进行校准，只需按照专门的规定、程序、标准和接口，通过网络与上级计量技术机构的远程校准系统控制平台连接，来完成其全部校准任务。
进行远程校准应具备如下条件:首先进行远程校准的计量设备和被测量仪器、传感器必须是带有通信接口并能被计算机控制的；其次测量过程必须依赖于稳定的参考标准，而该标准可以稳定地在实验室计量设备和被校准的测量仪器、测量系统之间进行传递。
三、在线校准的技术思路
在基于电信号的测量系统中，传感器是关键的部件，模拟量的数据采集是整个系统的工作基础之一，如电流、电阻及频率等，物理量要变成计算机能够识别的数字量。由于电路中的非线性及其他干扰要素，必然导致实际物理量与数字量的非线性关系。换句话说，所谓的在线校准就是在测量系统工作状态下测量其误差的工作。
如图1所示，实现在线校准的关键，首先是要建立一个在线校准比较数据库。具体做法是在实验室对所有要在线校准的传感器在其测量范围或使用范围内，使用相应的检定设备来依次产生传感器分辨力下所有的测量值，并记录下此时每一个测量值和用高精度多用数字表测量出传感器相应的电信号值，通过各要素各型号传感器全量程进行上述方式的测量，从而构成一一对应的数据库的传感器信息。数据库另一个信息的内容是利用标准信号发生器给采集器相应通道输入传感器每个测量点的电信号值，记录下此时采集器运算出的相应要素测量值，从而构成一一对应的数据库的采集器信息。条件允许的可以做不同环境条件下上述测量，以完善库信息；其次是要实现远程控制带有通信口的标准信号发生器产生相应的电信号值、远程控制高精度数字多用表来测量传感器的电信号值，以及能远程控制各信号的切换。下面以自动气象站举例说明在线校准方案的实现。
在现有的自动测量采集系统中，基本上是由传感器、采集器、通信及软件构成。自动气象站的测量要素有:气温、湿度、气压、风向风速、雨量和地温等，这些要素的传感器感应到环境要素的变化后，分别以电流、电阻及频率等电信号传输到采集器进行采集、运算变成数字量信号，通过通信系统传到远方的计算机进而得到所需的气象要素值。在进行在线校准时将各传感器测量值实时传输到设在远方的校准实验室，在线校准系统会自动从数据库中检索出该要素测量值对应下的标准信号值，同时远程控制标准信号发生器工作产生该信号值，并控制信号切换器切断传感器信号输入数据采集器，转接信号发生器的电信号输入，此时得到此要素一个校准点的标准测量值，与之前的传感器实际测量值一比较就得出差值。其他要素的在线校准按同样方式进行。通过这样的在线比对校准，能很快判断传感器的准确程度和采集器通道是否超差，也能做到整个测量系统数据质量的实时监控。
在线校准，特别是多要素在线校准目前国内仅是摸索阶段，要解决的技术难点一是标准信号和被校信号采样时间差越短越好，因为是动态测量，避免延滞性；二是作为模拟量电信号传输的距离越短越好，最好是智能传感器直接输出数字量；三是校准点范围越接近上下限越好，由于在线校准不像在实验室校准那样随意设定校准点，就只能通过软件设计智能选取高中低校准点，也就是在传感器连续工作状态下，自动选取接近历史极值的点进行在线校准。
四、远程在线校准的优点与意义
远程在线校准主要有以下优势:
1.远程校准的过程高度自动化，可选择在任何时间实时校准，其结果可以在线复检，也可以随时终止，可以得到对下一级测量仪器的校准结果，必要时还可远程干涉，修正其校准参数，大大减少了校准时间和成本。
2.校准结果保存于数据库中，在以后的校准或核查时可以随时调用，可提供校准历史记录及核查档案。
3.校准过程在线监视可发现并修复故障，仪器厂家可连接到系统访问测量仪器的使用情况，并提供相应的咨询服务或维护措施。
远程在线校准服务在我国是一个全新的技术领域，它不仅是技术问题，还涉及相应的校准规范的健全与完善。由于允许采用传递标准或参考标准方法，现行的校准规范还需增加相应的内容，以适应新技术发展的需要。发展远程在线校准技术是我国计量技术发展的需要，也是我国社会经济发展的现实需要。
END
本文刊发于《中国计量》杂志2017年第3期
作者：广西壮族自治区气象计量所 李伟雄
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