一、引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對計量校準服務(wù)提出了更高效和低成本的需求，在此背景下，計量領(lǐng)域出現了一種遠程校準技術(shù)，該技術(shù)使得校準更快速，并節省了大量的人力物力。為順應信息技術(shù)的發(fā)展，把測量技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)緊密結合，使得計量技術(shù)領(lǐng)域向遠程在線(xiàn)校準的方向發(fā)展，將現代信息技術(shù)和計量自動(dòng)化校準技術(shù)相結合，才能開(kāi)發(fā)出遠程的計量校準技術(shù)。
二、遠程在線(xiàn)校準的概念
遠程在線(xiàn)校準就是遠距離對被校對象進(jìn)行校準，也就是遠距離自動(dòng)控制操作校準過(guò)程、遠距離傳輸數據、遠距離處理校準數據、遠距離判斷結果并出具證書(shū)等操作，即用戶(hù)的被校準測量?jì)x器或測量系統不再需要送到上級計量技術(shù)機構去校準，或是上級計量技術(shù)機構不需到現場(chǎng)對其進(jìn)行校準，只需按照專(zhuān)門(mén)的規定、程序、標準和接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與上級計量技術(shù)機構的遠程校準系統控制平臺連接，來(lái)完成其全部校準任務(wù)。
進(jìn)行遠程校準應具備如下條件:首先進(jìn)行遠程校準的計量設備和被測量?jì)x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(guò)程必須依賴(lài)于穩定的參考標準，而該標準可以穩定地在實(shí)驗室計量設備和被校準的測量?jì)x器、測量系統之間進(jìn)行傳遞。
三、在線(xiàn)校準的技術(shù)思路
在基于電信號的測量系統中，傳感器是關(guān)鍵的部件，模擬量的數據采集是整個(gè)系統的工作基礎之一，如電流、電阻及頻率等，物理量要變成計算機能夠識別的數字量。由于電路中的非線(xiàn)性及其他干擾要素，必然導致實(shí)際物理量與數字量的非線(xiàn)性關(guān)系。換句話(huà)說(shuō)，所謂的在線(xiàn)校準就是在測量系統工作狀態(tài)下測量其誤差的工作。
如圖1所示，實(shí)現在線(xiàn)校準的關(guān)鍵，首先是要建立一個(gè)在線(xiàn)校準比較數據庫。具體做法是在實(shí)驗室對所有要在線(xiàn)校準的傳感器在其測量范圍或使用范圍內，使用相應的檢定設備來(lái)依次產(chǎn)生傳感器分辨力下所有的測量值，并記錄下此時(shí)每一個(gè)測量值和用高精度多用數字表測量出傳感器相應的電信號值，通過(guò)各要素各型號傳感器全量程進(jìn)行上述方式的測量，從而構成一一對應的數據庫的傳感器信息。數據庫另一個(gè)信息的內容是利用標準信號發(fā)生器給采集器相應通道輸入傳感器每個(gè)測量點(diǎn)的電信號值，記錄下此時(shí)采集器運算出的相應要素測量值，從而構成一一對應的數據庫的采集器信息。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(shí)現遠程控制帶有通信口的標準信號發(fā)生器產(chǎn)生相應的電信號值、遠程控制高精度數字多用表來(lái)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(dòng)氣象站舉例說(shuō)明在線(xiàn)校準方案的實(shí)現。
在現有的自動(dòng)測量采集系統中，基本上是由傳感器、采集器、通信及軟件構成。自動(dòng)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到采集器進(jìn)行采集、運算變成數字量信號，通過(guò)通信系統傳到遠方的計算機進(jìn)而得到所需的氣象要素值。在進(jìn)行在線(xiàn)校準時(shí)將各傳感器測量值實(shí)時(shí)傳輸到設在遠方的校準實(shí)驗室，在線(xiàn)校準系統會(huì )自動(dòng)從數據庫中檢索出該要素測量值對應下的標準信號值，同時(shí)遠程控制標準信號發(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據采集器，轉接信號發(fā)生器的電信號輸入，此時(shí)得到此要素一個(gè)校準點(diǎn)的標準測量值，與之前的傳感器實(shí)際測量值一比較就得出差值。其他要素的在線(xiàn)校準按同樣方式進(jìn)行。通過(guò)這樣的在線(xiàn)比對校準，能很快判斷傳感器的準確程度和采集器通道是否超差，也能做到整個(gè)測量系統數據質(zhì)量的實(shí)時(shí)監控。
在線(xiàn)校準，特別是多要素在線(xiàn)校準目前國內僅是摸索階段，要解決的技術(shù)難點(diǎn)一是標準信號和被校信號采樣時(shí)間差越短越好，因為是動(dòng)態(tài)測量，避免延滯性；二是作為模擬量電信號傳輸的距離越短越好，最好是智能傳感器直接輸出數字量；三是校準點(diǎn)范圍越接近上下限越好，由于在線(xiàn)校準不像在實(shí)驗室校準那樣隨意設定校準點(diǎn)，就只能通過(guò)軟件設計智能選取高中低校準點(diǎn)，也就是在傳感器連續工作狀態(tài)下，自動(dòng)選取接近歷史極值的點(diǎn)進(jìn)行在線(xiàn)校準。
四、遠程在線(xiàn)校準的優(yōu)點(diǎn)與意義
遠程在線(xiàn)校準主要有以下優(yōu)勢:
1.遠程校準的過(guò)程高度自動(dòng)化，可選擇在任何時(shí)間實(shí)時(shí)校準，其結果可以在線(xiàn)復檢，也可以隨時(shí)終止，可以得到對下一級測量?jì)x器的校準結果，必要時(shí)還可遠程干涉，修正其校準參數，大大減少了校準時(shí)間和成本。
2.校準結果保存于數據庫中，在以后的校準或核查時(shí)可以隨時(shí)調用，可提供校準歷史記錄及核查檔案。
3.校準過(guò)程在線(xiàn)監視可發(fā)現并修復故障，儀器廠(chǎng)家可連接到系統訪(fǎng)問(wèn)測量?jì)x器的使用情況，并提供相應的咨詢(xún)服務(wù)或維護措施。
遠程在線(xiàn)校準服務(wù)在我國是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，它不僅是技術(shù)問(wèn)題，還涉及相應的校準規范的健全與完善。由于允許采用傳遞標準或參考標準方法，現行的校準規范還需增加相應的內容，以適應新技術(shù)發(fā)展的需要。發(fā)展遠程在線(xiàn)校準技術(shù)是我國計量技術(shù)發(fā)展的需要，也是我國社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的現實(shí)需要。
END
本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2017年第3期
作者：廣西壯族自治區氣象計量所 李偉雄
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