一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)計(jì)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(jì)量領(lǐng)域出現(xiàn)了一種遠(yuǎn)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(cè)量技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)緊密結(jié)合，使得計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域向遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)的方向發(fā)展，將現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)量自動(dòng)化校準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，才能開(kāi)發(fā)出遠(yuǎn)程的計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)。
二、遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)的概念
遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)就是遠(yuǎn)距離對(duì)被校對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)，也就是遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制操作校準(zhǔn)過(guò)程、遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)距離處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)距離判斷結(jié)果并出具證書(shū)等操作，即用戶的被校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)不再需要送到上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)去校準(zhǔn)，或是上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)不需到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)控制平臺(tái)連接，來(lái)完成其全部校準(zhǔn)任務(wù)。
進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn)應(yīng)具備如下條件:首先進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn)的計(jì)量設(shè)備和被測(cè)量?jī)x器、傳感器必須是帶有通信接口并能被計(jì)算機(jī)控制的；其次測(cè)量過(guò)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(shí)驗(yàn)室計(jì)量設(shè)備和被校準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器、測(cè)量系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞。
三、在線校準(zhǔn)的技術(shù)思路
在基于電信號(hào)的測(cè)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(gè)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(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(shí)際物理量與數(shù)字量的非線性關(guān)系。換句話說(shuō)，所謂的在線校準(zhǔn)就是在測(cè)量系統(tǒng)工作狀態(tài)下測(cè)量其誤差的工作。
如圖1所示，實(shí)現(xiàn)在線校準(zhǔn)的關(guān)鍵，首先是要建立一個(gè)在線校準(zhǔn)比較數(shù)據(jù)庫(kù)。具體做法是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)所有要在線校準(zhǔn)的傳感器在其測(cè)量范圍或使用范圍內(nèi)，使用相應(yīng)的檢定設(shè)備來(lái)依次產(chǎn)生傳感器分辨力下所有的測(cè)量值，并記錄下此時(shí)每一個(gè)測(cè)量值和用高精度多用數(shù)字表測(cè)量出傳感器相應(yīng)的電信號(hào)值，通過(guò)各要素各型號(hào)傳感器全量程進(jìn)行上述方式的測(cè)量，從而構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的傳感器信息。數(shù)據(jù)庫(kù)另一個(gè)信息的內(nèi)容是利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器給采集器相應(yīng)通道輸入傳感器每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電信號(hào)值，記錄下此時(shí)采集器運(yùn)算出的相應(yīng)要素測(cè)量值，從而構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)量，以完善庫(kù)信息；其次是要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制帶有通信口的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)值、遠(yuǎn)程控制高精度數(shù)字多用表來(lái)測(cè)量傳感器的電信號(hào)值，以及能遠(yuǎn)程控制各信號(hào)的切換。下面以自動(dòng)氣象站舉例說(shuō)明在線校準(zhǔn)方案的實(shí)現(xiàn)。
在現(xiàn)有的自動(dòng)測(cè)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(dòng)氣象站的測(cè)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(hào)傳輸?shù)讲杉鬟M(jìn)行采集、運(yùn)算變成數(shù)字量信號(hào)，通過(guò)通信系統(tǒng)傳到遠(yuǎn)方的計(jì)算機(jī)進(jìn)而得到所需的氣象要素值。在進(jìn)行在線校準(zhǔn)時(shí)將各傳感器測(cè)量值實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆O(shè)在遠(yuǎn)方的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，在線校準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出該要素測(cè)量值對(duì)應(yīng)下的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值，同時(shí)遠(yuǎn)程控制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器工作產(chǎn)生該信號(hào)值，并控制信號(hào)切換器切斷傳感器信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集器，轉(zhuǎn)接信號(hào)發(fā)生器的電信號(hào)輸入，此時(shí)得到此要素一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值，與之前的傳感器實(shí)際測(cè)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(jìn)行。通過(guò)這樣的在線比對(duì)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(gè)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
在線校準(zhǔn)，特別是多要素在線校準(zhǔn)目前國(guó)內(nèi)僅是摸索階段，要解決的技術(shù)難點(diǎn)一是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被校信號(hào)采樣時(shí)間差越短越好，因?yàn)槭莿?dòng)態(tài)測(cè)量，避免延滯性；二是作為模擬量電信號(hào)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(diǎn)范圍越接近上下限越好，由于在線校準(zhǔn)不像在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)那樣隨意設(shè)定校準(zhǔn)點(diǎn)，就只能通過(guò)軟件設(shè)計(jì)智能選取高中低校準(zhǔn)點(diǎn)，也就是在傳感器連續(xù)工作狀態(tài)下，自動(dòng)選取接近歷史極值的點(diǎn)進(jìn)行在線校準(zhǔn)。
四、遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)與意義
遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)主要有以下優(yōu)勢(shì):
1.遠(yuǎn)程校準(zhǔn)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(zhǔn)，其結(jié)果可以在線復(fù)檢，也可以隨時(shí)終止，可以得到對(duì)下一級(jí)測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)結(jié)果，必要時(shí)還可遠(yuǎn)程干涉，修正其校準(zhǔn)參數(shù)，大大減少了校準(zhǔn)時(shí)間和成本。
2.校準(zhǔn)結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，在以后的校準(zhǔn)或核查時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用，可提供校準(zhǔn)歷史記錄及核查檔案。
3.校準(zhǔn)過(guò)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(wèn)測(cè)量?jī)x器的使用情況，并提供相應(yīng)的咨詢服務(wù)或維護(hù)措施。
遠(yuǎn)程在線校準(zhǔn)服務(wù)在我國(guó)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(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(yuǎn)程在線校準(zhǔn)技術(shù)是我國(guó)計(jì)量技術(shù)發(fā)展的需要，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。
END
本文刊發(fā)于《中國(guó)計(jì)量》雜志2017年第3期
作者：廣西壯族自治區(qū)氣象計(jì)量所 李偉雄
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