一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對計量校準(zhǔn)服務(wù)提出了更高效和低成本的需求，在此背景下，計量領(lǐng)域出現(xiàn)了一種遠程校準(zhǔn)技術(shù)，該技術(shù)使得校準(zhǔn)更快速，并節(jié)省了大量的人力物力。為順應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，把測量技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)緊密結(jié)合，使得計量技術(shù)領(lǐng)域向遠程在線校準(zhǔn)的方向發(fā)展，將現(xiàn)代信息技術(shù)和計量自動化校準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，才能開發(fā)出遠程的計量校準(zhǔn)技術(shù)。
二、遠程在線校準(zhǔn)的概念
遠程在線校準(zhǔn)就是遠距離對被校對象進行校準(zhǔn)，也就是遠距離自動控制操作校準(zhǔn)過程、遠距離傳輸數(shù)據(jù)、遠距離處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、遠距離判斷結(jié)果并出具證書等操作，即用戶的被校準(zhǔn)測量儀器或測量系統(tǒng)不再需要送到上級計量技術(shù)機構(gòu)去校準(zhǔn)，或是上級計量技術(shù)機構(gòu)不需到現(xiàn)場對其進行校準(zhǔn)，只需按照專門的規(guī)定、程序、標(biāo)準(zhǔn)和接口，通過網(wǎng)絡(luò)與上級計量技術(shù)機構(gòu)的遠程校準(zhǔn)系統(tǒng)控制平臺連接，來完成其全部校準(zhǔn)任務(wù)。
進行遠程校準(zhǔn)應(yīng)具備如下條件:首先進行遠程校準(zhǔn)的計量設(shè)備和被測量儀器、傳感器必須是帶有通信接口并能被計算機控制的；其次測量過程必須依賴于穩(wěn)定的參考標(biāo)準(zhǔn)，而該標(biāo)準(zhǔn)可以穩(wěn)定地在實驗室計量設(shè)備和被校準(zhǔn)的測量儀器、測量系統(tǒng)之間進行傳遞。
三、在線校準(zhǔn)的技術(shù)思路
在基于電信號的測量系統(tǒng)中，傳感器是關(guān)鍵的部件，模擬量的數(shù)據(jù)采集是整個系統(tǒng)的工作基礎(chǔ)之一，如電流、電阻及頻率等，物理量要變成計算機能夠識別的數(shù)字量。由于電路中的非線性及其他干擾要素，必然導(dǎo)致實際物理量與數(shù)字量的非線性關(guān)系。換句話說，所謂的在線校準(zhǔn)就是在測量系統(tǒng)工作狀態(tài)下測量其誤差的工作。
如圖1所示，實現(xiàn)在線校準(zhǔn)的關(guān)鍵，首先是要建立一個在線校準(zhǔn)比較數(shù)據(jù)庫。具體做法是在實驗室對所有要在線校準(zhǔn)的傳感器在其測量范圍或使用范圍內(nèi)，使用相應(yīng)的檢定設(shè)備來依次產(chǎn)生傳感器分辨力下所有的測量值，并記錄下此時每一個測量值和用高精度多用數(shù)字表測量出傳感器相應(yīng)的電信號值，通過各要素各型號傳感器全量程進行上述方式的測量，從而構(gòu)成一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫的傳感器信息。數(shù)據(jù)庫另一個信息的內(nèi)容是利用標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器給采集器相應(yīng)通道輸入傳感器每個測量點的電信號值，記錄下此時采集器運算出的相應(yīng)要素測量值，從而構(gòu)成一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫的采集器信息。條件允許的可以做不同環(huán)境條件下上述測量，以完善庫信息；其次是要實現(xiàn)遠程控制帶有通信口的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號值、遠程控制高精度數(shù)字多用表來測量傳感器的電信號值，以及能遠程控制各信號的切換。下面以自動氣象站舉例說明在線校準(zhǔn)方案的實現(xiàn)。
在現(xiàn)有的自動測量采集系統(tǒng)中，基本上是由傳感器、采集器、通信及軟件構(gòu)成。自動氣象站的測量要素有:氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、雨量和地溫等，這些要素的傳感器感應(yīng)到環(huán)境要素的變化后，分別以電流、電阻及頻率等電信號傳輸?shù)讲杉鬟M行采集、運算變成數(shù)字量信號，通過通信系統(tǒng)傳到遠方的計算機進而得到所需的氣象要素值。在進行在線校準(zhǔn)時將各傳感器測量值實時傳輸?shù)皆O(shè)在遠方的校準(zhǔn)實驗室，在線校準(zhǔn)系統(tǒng)會自動從數(shù)據(jù)庫中檢索出該要素測量值對應(yīng)下的標(biāo)準(zhǔn)信號值，同時遠程控制標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器工作產(chǎn)生該信號值，并控制信號切換器切斷傳感器信號輸入數(shù)據(jù)采集器，轉(zhuǎn)接信號發(fā)生器的電信號輸入，此時得到此要素一個校準(zhǔn)點的標(biāo)準(zhǔn)測量值，與之前的傳感器實際測量值一比較就得出差值。其他要素的在線校準(zhǔn)按同樣方式進行。通過這樣的在線比對校準(zhǔn)，能很快判斷傳感器的準(zhǔn)確程度和采集器通道是否超差，也能做到整個測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)控。
在線校準(zhǔn)，特別是多要素在線校準(zhǔn)目前國內(nèi)僅是摸索階段，要解決的技術(shù)難點一是標(biāo)準(zhǔn)信號和被校信號采樣時間差越短越好，因為是動態(tài)測量，避免延滯性；二是作為模擬量電信號傳輸?shù)木嚯x越短越好，最好是智能傳感器直接輸出數(shù)字量；三是校準(zhǔn)點范圍越接近上下限越好，由于在線校準(zhǔn)不像在實驗室校準(zhǔn)那樣隨意設(shè)定校準(zhǔn)點，就只能通過軟件設(shè)計智能選取高中低校準(zhǔn)點，也就是在傳感器連續(xù)工作狀態(tài)下，自動選取接近歷史極值的點進行在線校準(zhǔn)。
四、遠程在線校準(zhǔn)的優(yōu)點與意義
遠程在線校準(zhǔn)主要有以下優(yōu)勢:
1.遠程校準(zhǔn)的過程高度自動化，可選擇在任何時間實時校準(zhǔn)，其結(jié)果可以在線復(fù)檢，也可以隨時終止，可以得到對下一級測量儀器的校準(zhǔn)結(jié)果，必要時還可遠程干涉，修正其校準(zhǔn)參數(shù)，大大減少了校準(zhǔn)時間和成本。
2.校準(zhǔn)結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫中，在以后的校準(zhǔn)或核查時可以隨時調(diào)用，可提供校準(zhǔn)歷史記錄及核查檔案。
3.校準(zhǔn)過程在線監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)并修復(fù)故障，儀器廠家可連接到系統(tǒng)訪問測量儀器的使用情況，并提供相應(yīng)的咨詢服務(wù)或維護措施。
遠程在線校準(zhǔn)服務(wù)在我國是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，它不僅是技術(shù)問題，還涉及相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范的健全與完善。由于允許采用傳遞標(biāo)準(zhǔn)或參考標(biāo)準(zhǔn)方法，現(xiàn)行的校準(zhǔn)規(guī)范還需增加相應(yīng)的內(nèi)容，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的需要。發(fā)展遠程在線校準(zhǔn)技術(shù)是我國計量技術(shù)發(fā)展的需要，也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需要。
END
本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2017年第3期
作者：廣西壯族自治區(qū)氣象計量所 李偉雄
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