氣象觀測(cè)用氣壓傳感器誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬修才，鄭樹芳，溫曉輝，牛永紅

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051; 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

用于地面氣象觀測(cè)的氣壓傳感器主要有PTB210、PTB220、PTB330(DYC1)幾種型號(hào)，上述幾種型號(hào)的傳感器均為智能型傳感器，其內(nèi)部集成了非易失存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)氣壓輸出信號(hào)的誤差調(diào)整參數(shù)[1-3]，且?guī)追N傳感器均提供了外部串行通訊接口，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)置等操作。隨著傳感器的老化，即使傳感器利用出廠時(shí)集成的參數(shù)進(jìn)行了誤差調(diào)整，仍有較大可能在檢定/校準(zhǔn)時(shí)超出誤差允許范圍，此時(shí)需要用戶重新獲取新的誤差調(diào)整參數(shù)并更新到傳感器中，將傳感器誤差控制在允許的范圍內(nèi)。

目前國內(nèi)對(duì)上述幾種型號(hào)傳感器的誤差調(diào)整，基本都為人工手動(dòng)收發(fā)交互命令與數(shù)據(jù)的方式，相關(guān)的研究[4-9]已較為成熟。但是手動(dòng)收發(fā)命令的方式，對(duì)操作人員要求較高，操作人員不僅需要熟悉傳感器的誤差調(diào)整原理與方法，并且需要自行搭建傳感器的誤差調(diào)整環(huán)境，通用性差、不夠便捷。有相關(guān)學(xué)者針對(duì)PTB220，設(shè)計(jì)了“基于串口通信的PTB220氣壓傳感器誤差自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)”[10]，可實(shí)現(xiàn)PTB220型號(hào)氣壓傳感器的誤差自動(dòng)調(diào)整，但該系統(tǒng)需要借助第三方系統(tǒng)來采集壓力標(biāo)準(zhǔn)器和傳感器氣壓值，以此來獲取新的誤差調(diào)整參數(shù)。本文在詳細(xì)研究了幾種型號(hào)的氣壓傳感器技術(shù)手冊(cè)和相關(guān)學(xué)者的研究基礎(chǔ)后，針對(duì)PTB210、PTB220、PTB330幾種型號(hào)傳感器，設(shè)計(jì)了一種多通道誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多達(dá)8路上述型號(hào)傳感器誤差自動(dòng)調(diào)整。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

如圖1所示，誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，軟件部分為運(yùn)行在終端電腦的誤差自校準(zhǔn)軟件，硬件部分提供傳感器和氣壓標(biāo)準(zhǔn)器、壓力控制器等到終端電腦的通訊鏈路和氣路連接。系統(tǒng)的硬件部分，充分利用了現(xiàn)階段全國各省級(jí)氣象計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)配備的檢定系統(tǒng)硬件設(shè)備，包括16 Port串口服務(wù)器，壓力控制器、氣壓標(biāo)準(zhǔn)器和用于采集傳感器模擬輸出信號(hào)的6位半數(shù)字萬用表，上述設(shè)備通過232串口與串口服務(wù)器連接，再由串口服務(wù)器接入終端電腦。文章所研究的幾種型號(hào)的傳感器，雖然具備232串行通信功能，但其外部接口并非為標(biāo)準(zhǔn)的DB9 232，因此設(shè)計(jì)了“多通道轉(zhuǎn)換器”，將幾種型號(hào)的傳感器外部接口轉(zhuǎn)換成3線制的DB9 232接口，并為各通道的傳感器提供工作電源。

圖1 誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 多通道轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

2.1 傳感器外部接口

PTB220和PTB330(DYC1)具有相同的外部接口[11-12]，均為DB9母口。其引腳定義見表1，2、3、5引腳為232信號(hào)接收、發(fā)送和地線，其7、9引腳為傳感器供電引腳(9～30 V DC)，6、8引腳為傳感器模擬信號(hào)輸出端口(0～5 V電壓輸出，僅配置了數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的傳感器具備此功能)。PTB210外部引線功能定義同樣見表1，PTB210并未對(duì)外引出232信號(hào)地線，為使收發(fā)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可將采集端的232地線與PTB210電源地連接。

表1 傳感器外部接口引腳(線)定義

2.2 多通道轉(zhuǎn)換器

多通道轉(zhuǎn)換器作用有3個(gè)：1)將傳感器由Port口接入并將其232信號(hào)線引至COM口供后端連接；2)為接入的傳感器提供工作電源；3)若接入的傳感器為具備模擬輸出模塊的PTB220，將8通道傳感器的模擬信號(hào)輸出經(jīng)過通道選擇后向后端輸出。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多通道轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

選用直流開關(guān)電源為8通道傳感器和通道選擇電路供電，用SC4519芯片將開關(guān)電源12 V轉(zhuǎn)換為3.3 V為多通道轉(zhuǎn)換器的MCU供電。設(shè)計(jì)中控制器芯片采用STM32F103，模擬通道選擇采用兩片8選1模擬開關(guān)芯片AD7501，一片輸入端接入8通道傳感器的模擬信號(hào)輸出，另一片輸入端接入8通道傳感器的模擬信號(hào)地，由控制器芯片IO引腳控制模擬開關(guān)通道的選通。為使傳感器模擬信號(hào)測(cè)量更準(zhǔn)確，需在Vout接口兩線之間并聯(lián)一個(gè)阻值在10～60 kΩ之間標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻[13]。

多通道轉(zhuǎn)換器通電后，MCU開始運(yùn)行固化好的程序。該部分程序分為主程序和串行中斷程序，主程序完成初始化后進(jìn)入主循環(huán)，等待串口接收標(biāo)志；當(dāng)MCU串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，串行中斷程序觸發(fā)，進(jìn)行接收數(shù)據(jù)處理，并置位串口接收標(biāo)志；主程序檢測(cè)到串口接收標(biāo)志后進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，當(dāng)為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)格式時(shí)，控制相應(yīng)IO引腳輸出高低電平選通對(duì)應(yīng)的模擬通道。

圖3為多通道轉(zhuǎn)換器外部接口圖，上方為前面板接口，下方為后面板接口：傳感器由前面板Port端口接入，PTB220/PTB330通過串口線連接至DB9接口，PTB210接入DB9上方的接線端子，每個(gè)Port端口同時(shí)只允許接入一類傳感器；后面板的傳感器數(shù)字信號(hào)輸出COM口通過串口線連接至串口服務(wù)器，再由串口服務(wù)器接入電腦，COM0為多通道轉(zhuǎn)換器通信端口，通過此串口控制通道轉(zhuǎn)換器選擇對(duì)應(yīng)的模擬量通道，Vout為當(dāng)前所選通道的PTB220模擬量輸出端口，連接數(shù)字萬用表采集模擬信號(hào)。

圖3 多通道轉(zhuǎn)換器外部接口

3 誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 傳感器誤差調(diào)整步驟及要點(diǎn)

3.1.1 PTB210

PTB210更新傳感器誤差調(diào)整參數(shù)的步驟：1)讀取并備份原誤差調(diào)整信息；2)禁用傳感器原誤差調(diào)整參數(shù)，重啟傳感器；3)與氣壓標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)比獲取傳感器新的誤差調(diào)整參數(shù)；4)將新的誤差調(diào)整參數(shù)寫入到傳感器中，使能傳感器誤差調(diào)整參數(shù)，重啟傳感器。PTB210誤差調(diào)整參數(shù)需要重啟傳感器后生效，多點(diǎn)誤差調(diào)整使能開關(guān)也是重啟后才生效。調(diào)整過程中需要用到的通信命令見表2。

表2 PTB210誤差調(diào)整相關(guān)命令

3.1.2 PTB220

誤差線性調(diào)整步驟：1)打開傳感器蓋板，撥碼開關(guān)第4位撥到ON位置；2)禁用誤差線性調(diào)整參數(shù)；3)獲取傳感器新誤差調(diào)整參數(shù)；4)寫入新的誤差調(diào)整參數(shù)，進(jìn)行單點(diǎn)調(diào)整時(shí)，第二個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)不應(yīng)直接發(fā)送回車結(jié)束，應(yīng)輸入與第一點(diǎn)不同的壓力點(diǎn)，修正值沿用第一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的修正值；5)啟用誤差線性調(diào)整參數(shù)。

誤差多點(diǎn)調(diào)整步驟：1)打開傳感器蓋板，撥碼開關(guān)第4位撥到ON位置；2)禁用誤差多點(diǎn)調(diào)整參數(shù)；3)獲取傳感器新誤差調(diào)整參數(shù)；4)寫入新的誤差調(diào)整參數(shù)，若待調(diào)整的壓力點(diǎn)不足8個(gè)時(shí)，發(fā)送回車提前結(jié)束誤差調(diào)整過程；5)啟用誤差多點(diǎn)調(diào)整參數(shù)。

模擬量調(diào)整步驟：1)先進(jìn)行數(shù)字量的調(diào)整，數(shù)字量調(diào)整后誤差仍不滿足要求時(shí)繼續(xù)進(jìn)行模擬量的調(diào)整；2)禁用誤差線性調(diào)整參數(shù)；3)強(qiáng)制傳感器輸出低氣壓點(diǎn)電壓，獲取該電壓值；4)強(qiáng)制傳感器輸出高氣壓點(diǎn)電壓，獲取該電壓值；5)計(jì)算新的電壓偏移和增益參數(shù)；6)更新模擬量調(diào)整參數(shù)；7)啟用誤差線性調(diào)整參數(shù)。

需要注意的是，PTB220模擬量調(diào)整不會(huì)影響數(shù)字量輸出，數(shù)字量調(diào)整會(huì)影響模擬量輸出，多點(diǎn)調(diào)整會(huì)重置線性調(diào)整，誤差調(diào)整參數(shù)更新完成后不需重啟傳感器，只需使能調(diào)整即可使新的參數(shù)生效。表3為PTB220誤差調(diào)整過程涉及的通信命令。

表3 PTB220誤差調(diào)整相關(guān)命令

3.1.3 PTB330

PTB330誤差調(diào)整步驟與PTB220基本一致，不同之處在于PTB330誤差調(diào)整前需要打開蓋板，將ADJ按鍵按下，輸入的新誤差調(diào)整參數(shù)為傳感器讀數(shù)和氣壓參考值的列表，而非PTB220誤差調(diào)整時(shí)需輸入傳感器讀數(shù)和修正值列表。另外，PTB330進(jìn)行誤差多點(diǎn)調(diào)整后不會(huì)自動(dòng)重置誤差線性調(diào)整參數(shù)。表4為PTB330誤差調(diào)整涉及到的命令。

表4 PTB330誤差調(diào)整相關(guān)命令

3.2 自校準(zhǔn)模型

根據(jù)3.1節(jié)的研究基礎(chǔ)，得出了實(shí)現(xiàn)各型號(hào)傳感器誤差調(diào)整的通用模型，其流程如圖4所示，詳情如下：若接入的傳感器為PTB220或PTB330，需要先將其參數(shù)寫入開關(guān)置于允許的狀態(tài)；傳感器接入系統(tǒng)完成初始化后，首先將其之前的誤差調(diào)整參數(shù)禁用，以確保獲得的新誤差調(diào)整參數(shù)的準(zhǔn)確性，與其他兩種型號(hào)的傳感器不同，PTB210在禁用以前的誤差調(diào)整參數(shù)后需要重啟傳感器才能生效；根據(jù)需要調(diào)整的點(diǎn)數(shù)設(shè)置壓力控制點(diǎn)列表，控制壓力控制器到各個(gè)壓力控制點(diǎn)，當(dāng)壓力達(dá)到穩(wěn)定條件后，獲取經(jīng)過修正的氣壓標(biāo)準(zhǔn)器的氣壓值作為氣壓參考值，獲取各通道的傳感器氣壓輸出值，直至壓力控制點(diǎn)列表循環(huán)完成，結(jié)束各通道氣壓傳感器誤差調(diào)整參數(shù)的獲?。桓鶕?jù)壓力控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)選擇單點(diǎn)誤差調(diào)整、兩點(diǎn)誤差調(diào)整或多點(diǎn)誤差調(diào)整，調(diào)整完成后使能誤差調(diào)整參數(shù)使之生效。

圖4 傳感器誤差調(diào)整通用流程

至此，實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)軟件的任務(wù)已經(jīng)非常明確，在用戶界面中設(shè)計(jì)相應(yīng)的壓力控制點(diǎn)選擇列表、氣壓標(biāo)準(zhǔn)器和壓力控制器參數(shù)設(shè)置、誤差調(diào)整閾值設(shè)置、各通道傳感器信息展示等必備要素，并將圖4流程中的操作全部于軟件后臺(tái)程序自動(dòng)完成。

3.3 自校準(zhǔn)軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)

自校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件采用WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)，前端界面采用xaml語言設(shè)計(jì)，后臺(tái)程序采用C#語言實(shí)現(xiàn)，利用.net Framework中的SerialPort類實(shí)現(xiàn)232串行設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。軟件內(nèi)置了文章所研究的幾類氣壓傳感器的誤差調(diào)整、氣壓采集等操作的相關(guān)命令，可自動(dòng)收發(fā)命令控制氣壓傳感器進(jìn)行通信參數(shù)自動(dòng)匹配、自動(dòng)獲取傳感器序列號(hào)、誤差調(diào)整參數(shù)禁止/使能、獲取氣壓值、更新誤差調(diào)整參數(shù)、重啟等操作，可自動(dòng)收發(fā)命令完成壓力控制器壓力點(diǎn)控制、模式設(shè)置、控制速率等操作，自動(dòng)完成氣壓標(biāo)準(zhǔn)器的氣壓獲取、參考?xì)鈮褐涤?jì)算，進(jìn)行模擬量誤差調(diào)整時(shí)可自動(dòng)控制多通道連接器切換至目標(biāo)通道并控制數(shù)字萬用表采集氣壓模擬量。用戶僅需將傳感器接入多通道連接器并打開誤差調(diào)整允許開關(guān)(僅PTB220、PTB330需要)，便可一鍵完成圖4所示的傳感器誤差調(diào)整的整個(gè)流程。為增加軟件的自動(dòng)化程度及運(yùn)行結(jié)果的可靠性，自校準(zhǔn)軟件實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)電腦與傳感器間通信參數(shù)的自動(dòng)匹配、各通道接入傳感器型號(hào)的自動(dòng)識(shí)別，設(shè)計(jì)了兼顧軟件運(yùn)行效率和接收數(shù)據(jù)完整性的串口數(shù)據(jù)判包機(jī)制，并充分利用了C#強(qiáng)大的異常處理機(jī)制增加軟件運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.3.1 自動(dòng)匹配通信參數(shù)

根據(jù)232串行通信的特點(diǎn)，通信雙方波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位必須都一致時(shí)，才可能正確收發(fā)數(shù)據(jù)[14-15]。根據(jù)這一特點(diǎn)，先在電腦端設(shè)置某種通信參數(shù)，然后向傳感器發(fā)送特定命令，若能從返回信息中正確解析出預(yù)期的信息，說明通信的另一端即傳感器端的通信參數(shù)也為該通信參數(shù)。3種型號(hào)的傳感器均預(yù)設(shè)了獲取傳感器版本信息的命令，具體命令及返回信息如表5所示。

表5 獲取傳感器版本信息命令

將幾種傳感器可能設(shè)置的波特率300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200與奇校驗(yàn)、偶檢驗(yàn)、無校驗(yàn)3種檢驗(yàn)方式以及數(shù)據(jù)位7位、8位進(jìn)行組合成列表(其中數(shù)據(jù)位為8時(shí)校驗(yàn)位只能為無校驗(yàn))，并將常用的設(shè)置[16-17]“9600,N,8,1”(PTB210業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)置)、“4800,N,8,1”(PTB220舊站設(shè)置)、“2400,N,8,1”(PTB330業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)置)及“9600,E,7,1”(傳感器出廠配置)提前至列表最前，循環(huán)列表并將電腦端對(duì)應(yīng)串行端口更新成對(duì)應(yīng)列表項(xiàng)的串口設(shè)置，發(fā)送獲取傳感器版本信息命令，直至循環(huán)至列表中的設(shè)置能使傳感器正確返回包含預(yù)期傳感器型號(hào)的信息時(shí)，說明當(dāng)前的列表項(xiàng)設(shè)置正確，即傳感器的預(yù)置通信參數(shù)，并同時(shí)識(shí)別了該通道所連接傳感器的型號(hào)。利用自動(dòng)匹配通信參數(shù)功能，用戶無需提前設(shè)置與各通道傳感器通信的參數(shù)，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

3.3.2 傳感器返回?cái)?shù)據(jù)判包機(jī)制

由于文章所研究幾種傳感器返回?cái)?shù)據(jù)格式、結(jié)束標(biāo)志、長(zhǎng)度等在不同命令及配置下有所區(qū)別，利用簡(jiǎn)單的延時(shí)函數(shù)來等待傳感器返回的方法，延時(shí)過短時(shí)無法保證各個(gè)命令的返回?cái)?shù)據(jù)信息完整，延時(shí)過長(zhǎng)則會(huì)影響軟件的運(yùn)行時(shí)效，因此本文根據(jù)串行通信持續(xù)數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種通用于文章所研究幾種傳感器的判包機(jī)制。

電腦端軟件向傳感器發(fā)送命令后，進(jìn)入數(shù)據(jù)接收處理模塊：1)在數(shù)據(jù)接收處理模塊，首先進(jìn)行收到返回?cái)?shù)據(jù)前的循環(huán)，循環(huán)體內(nèi)執(zhí)行1 ms的短延時(shí)操作，并判斷串口接收緩沖區(qū)是否有可讀數(shù)據(jù)，達(dá)到循環(huán)上限跳出循環(huán)，接收緩沖區(qū)有可讀數(shù)據(jù)提前跳出循環(huán)；2)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)處理循環(huán)，判斷有無可讀數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)且循環(huán)次數(shù)達(dá)到上限，結(jié)束循環(huán)，數(shù)據(jù)接收處理模塊返回空值，若有可讀數(shù)據(jù)，讀取串口接收緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)后跳出循環(huán)，重新開始新一輪循環(huán)直至串口數(shù)據(jù)流完全接收完成。利用這種判包機(jī)制，電腦端軟件可根據(jù)傳感器返回?cái)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度自適應(yīng)合適的等待時(shí)間，提高了電腦端軟件接收傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

3.3.3 分段內(nèi)插法處理氣壓參考值

系統(tǒng)中所采用的氣壓標(biāo)準(zhǔn)器為經(jīng)過了有效溯源，各壓力校準(zhǔn)點(diǎn)的參考?xì)鈮褐祽?yīng)為氣壓標(biāo)準(zhǔn)器氣壓值與其修正值之和。氣壓標(biāo)準(zhǔn)器溯源證書上僅給出了測(cè)量范圍內(nèi)的整百點(diǎn)的修正值信息，即500 hPa到1 100 hPa間7個(gè)整百百帕點(diǎn)的修正值，若設(shè)置了非整百點(diǎn)的壓力校準(zhǔn)點(diǎn)，則需要按內(nèi)插法[18]計(jì)算該校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣壓標(biāo)準(zhǔn)器修正值，如此得到的氣壓參考值更為合理。先將氣壓標(biāo)準(zhǔn)器溯源數(shù)據(jù)分成如下6段：[500,600],[600,700],[700,800],[800,900],[900,1 000],[1 000,1 100]，當(dāng)設(shè)置的壓力校準(zhǔn)點(diǎn)落在其中某一段時(shí)，可按照公式(1)計(jì)算得到氣壓標(biāo)準(zhǔn)器在該校準(zhǔn)點(diǎn)的修正值。

(1)

式中,b為待求氣壓標(biāo)準(zhǔn)器修正值，hPa；a為設(shè)置的壓力校準(zhǔn)點(diǎn)氣壓值，hPa；a1、a2為a所在氣壓校準(zhǔn)點(diǎn)分段的兩端點(diǎn)，hPa；b1、b2為該段兩端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的修正值，hPa。

3.3.4 關(guān)鍵操作失誤重試及異常處理

整個(gè)誤差自動(dòng)調(diào)整過程涉及到的操作步驟多，為確保傳感器誤差自動(dòng)調(diào)整一次性成功，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)采取了關(guān)鍵操作失誤重試的措施。軟件對(duì)傳感器和氣壓標(biāo)準(zhǔn)器、壓力控制器等設(shè)備返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)解析的結(jié)果采取不同的后續(xù)操作。若解析得到正確信息，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作，若解析出現(xiàn)錯(cuò)誤，則在未達(dá)到重復(fù)次數(shù)上限前重新執(zhí)行當(dāng)前操作，直至得到預(yù)期的返回信息。

設(shè)計(jì)軟件時(shí)充分利用了C#為用戶提供的強(qiáng)大的異常處理機(jī)制[19-20]，所有功能函數(shù)均進(jìn)行了異常捕獲和處理，并設(shè)計(jì)了異常日志輔助功能，記錄下軟件運(yùn)行時(shí)發(fā)生的非預(yù)期的異常情況。

關(guān)鍵操作失誤重試及異常處理使自校準(zhǔn)軟件代碼更加健壯，保證在非設(shè)備故障時(shí)，誤差自動(dòng)調(diào)整一次性成功。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在實(shí)際應(yīng)用測(cè)試中，利用文章所研究、設(shè)計(jì)的誤差自校準(zhǔn)軟件，對(duì)4臺(tái)PTB210，3臺(tái)PTB220,1臺(tái)DYC1(即PTB330)進(jìn)行了誤差調(diào)整實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中8臺(tái)傳感器同時(shí)接入系統(tǒng)，選擇并設(shè)置了8個(gè)誤差校準(zhǔn)點(diǎn)，為對(duì)比8臺(tái)傳感器誤差調(diào)整前后的輸出值，將誤差調(diào)整閾值設(shè)置為了0.01，對(duì)8通道的傳感器全部進(jìn)行誤差多點(diǎn)調(diào)整。圖5為測(cè)試過程中的誤差自校準(zhǔn)軟件界面，表6為誤差調(diào)整前各個(gè)通道傳感器的輸出誤差情況，即獲取到的新的誤差調(diào)整參數(shù)。表7為軟件自動(dòng)將新的誤差調(diào)整參數(shù)寫入傳感器生效后，再次獲取的各通道傳感器誤差情況。

圖5 實(shí)際應(yīng)用中的傳感器誤差自校準(zhǔn)軟件

通過表6和表7可以明顯看出，利用文章設(shè)計(jì)的誤差自校準(zhǔn)軟件調(diào)整過后的傳感器誤差均明顯減小，參與實(shí)驗(yàn)的各傳感器在各校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差絕對(duì)值最大值為0.05 hPa，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的±0.30 hPa的誤差范圍。另外，從接入傳感器，到誤差調(diào)整完成，整個(gè)誤差調(diào)整過程持續(xù)時(shí)間未超過1小時(shí)。以往從搭建調(diào)試環(huán)境到獲取新的誤差調(diào)整參數(shù)到完成誤差調(diào)整，調(diào)整1臺(tái)傳感器就需耗費(fèi)近半天時(shí)間，使用本系統(tǒng)后大大提高了氣壓傳感器誤差調(diào)整工作效率。

表6 誤差調(diào)整前傳感器誤差

表7 誤差調(diào)整后傳感器誤差

除文章中所述實(shí)驗(yàn)外，還利用自校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行了大量其他實(shí)驗(yàn)，包括誤差線性調(diào)整和誤差多點(diǎn)調(diào)整的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誤差多點(diǎn)調(diào)整效果明顯好于只進(jìn)行單點(diǎn)調(diào)整或者兩點(diǎn)調(diào)整的誤差線性調(diào)整，僅對(duì)于在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)輸出按同一近似偏差偏移，或者誤差呈直線規(guī)律分布的情況，誤差線性調(diào)整和誤差多點(diǎn)調(diào)整效果近似。因此在調(diào)整前傳感器誤差分布規(guī)律不明的情況下，建議選用誤差多點(diǎn)調(diào)整的方式更新傳感器的誤差調(diào)整參數(shù)，且選擇的校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)越多，誤差調(diào)整的效果越好。另外，在文中實(shí)驗(yàn)后時(shí)隔2月再次對(duì)經(jīng)過誤差調(diào)整后的樣品傳感器進(jìn)行檢定，其結(jié)果與初次實(shí)驗(yàn)時(shí)誤差調(diào)整后的傳感器誤差結(jié)果非常接近，表明傳感器使用本文的誤差調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整過后并不影響其穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

1)通過測(cè)試驗(yàn)證，利用文章研究的傳感器誤差自校準(zhǔn)系統(tǒng)，可將傳感器誤差調(diào)整至遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的誤差范圍內(nèi)，并且所用的時(shí)間也遠(yuǎn)小于以往手動(dòng)誤差調(diào)整的方式，可同時(shí)對(duì)8個(gè)通道的氣壓傳感器進(jìn)行誤差自校準(zhǔn)，大大提高了傳感器誤差調(diào)整工作效率和自動(dòng)化程度；

2)建議在進(jìn)行傳感器誤差調(diào)整時(shí)，使用誤差多點(diǎn)調(diào)整，以使傳感器在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)均獲得較好的誤差調(diào)整效果。