模拟量校准系统及方法.pdf

《模拟量校准系统及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟量校准系统及方法.pdf（10页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103644933 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103644933 A (21)申请号 201310692164.0 (22)申请日 2013.12.17 G01D 18/00(2006.01) (71)申请人 深圳市汇川控制技术有限公司 地址 518000 广东省深圳市福田区滨河路上 沙创新科技园 16 栋 3 楼 306 (72)发明人 闫超 (74)专利代理机构 深圳市顺天达专利商标代理 有限公司 44217 代理人 陆军 (54) 发明名称 模拟量校准系统及方法 (57) 摘要 本发明提供了一种模拟量校准系统， 包括参 数存储单元、 模。

2、式判断单元、 第一校准单元以及第 二校准单元， 其中 ： 所述参数存储单元， 用于存储 用户校准参数和多组分别对应不同增益范围的出 厂校准参数 ； 所述模式判断单元， 用于判断当前 选择的检测规格是否满足用户校准模式 ； 第一校 准单元， 用于选择用户校准参数对待检测的模拟 量采样值进行校准， 并将校准后的值作为检测结 果输出 ； 所述第二校准单元， 用于根据采样值所 处的增益范围选择一组出厂校准参数及使用选择 的出厂校准参数对采样值进行校准， 并将校准后 的值后作为检测结果输出。本发明还提供一种对 应的方法。本发明通过用户校准和出厂校准相结 合， 可兼顾出厂校准的准确性和用户校准的实用 性。。

3、 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103644933 A CN 103644933 A 1/2 页 2 1. 一种模拟量校准系统， 其特征在于 ： 包括参数存储单元、 模式判断单元、 第一校准单 元以及第二校准单元， 其中 ： 所述参数存储单元， 用于存储用户校准参数和多组分别对应不 同增益范围的出厂校准参数 ； 所述模式判断单元， 用于判断当前选择的检测规格是否满足 用户校准模式 ； 第一校准单元， 用于在所述模式判断单元确认满。

4、足用户校准模式时， 选择用 户校准参数对待检测的模拟量采样值进行校准， 并将校准后的值作为检测结果输出 ； 所述 第二校准单元， 用于在所述模式判断单元确认不满足用户校准模式时根据采样值所处的增 益范围选择一组对应的出厂校准参数及使用所述选择的出厂校准参数对采样值进行校准， 并将校准后的值后作为检测结果输出。 2. 根据权利要求 1 所述的模拟量校准系统， 其特征在于 ： 所述校准系统包括用户参数 创建单元， 用于根据用户输入生成用户校准参数并存储到参数存储单元 ； 所述模式判断单 元在用户校准模式被开启且所述参数存储单元中存在与当前检测规格对应的用户校准参 数时确认当前检测规格满足用户校准模。

5、式。 3. 根据权利要求 1 所述的模拟量校准系统， 其特征在于 ： 每一组出厂校准参数包括零 点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值 ； 所述校准系统包括出厂参数创建单元， 用于 分别获得多个增益范围内的零点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值并存储到参数 存储单元。 4. 根据权利要求 3 所述的模拟量校准系统， 其特征在于 ： 所述第二校准单元包括参数 选择子单元、 公式选择子单元， 其中所述参数选择子单元， 用于根据采样值所处的增益范围 选择一组对应的出厂校准参数 ； 所述公式选择子单元， 用于在所述采样值大于或等于零点 采样值时使用正向偏移公式对所述采样值进行校准、 在所述采。

6、样值小于零点采样值时使用 负向偏移公式对所述采样值进行校准。 5. 根据权利要求 4 所述的模拟量校准系统， 其特征在于 ： 所述正量程点为 90% 增益点、 所述负量程点为 -90% 增益点 ； 所述正向偏移公式为 ： 所述负向偏移公示为 ： 其中 Y 为校准值， Y1、 Y2 为当前采样值， NegSamp 为正量程点采样值， MidSamp 为零点采 样值， PosSamp 为负量程点采样值， a 为最大检测结果。 6. 一种模拟量校准方法， 其特征在于 ： 包括以下步骤 ： （a） 读取待检测的模拟量采样值并读取用户选择的检测规格 ； （b） 判断当前检测规格是否满足用户校准模式， 若。

7、是则执行步骤 （c） ， 否则执行步骤 （d） ； （c） 选择用户校准参数对所述采样值校准， 并将校准后的值作为检测结果输出 ； （d） 根据采样值所处的增益范围选择一组对应的出厂校准参数及使用选择的出厂校准 参数对采样值校准， 并将校准后的值作为检测结果输出。 7. 根据权利要求 6 所述的模拟量校准方法， 其特征在于 ： 在所述步骤 （a） 之前包括 ： 根 据用户输入生成用户校准参数并存储 ； 所述步骤 （b） 中， 在用户校准模式被开启且当前检 测规格下存在用户校准参数时确认当前检测规格满足用户校准模式。 权 利 要 求 书 CN 103644933 A 2 2/2 页 3 8. 根。

8、据权利要求 6 所述的模拟量校准方法， 其特征在于 ： 每一组出厂校准参数包括零 点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值 ； 所述步骤 （a） 之前包括分别获得多个增益 范围内的零点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值并存储。 9.根据权利要求8所述的模拟量校准方法， 其特征在于 ： 所述步骤 （d） 中使用选择的出 厂校准参数对采样值校准步骤包括 ： （d1）判断所述采样值是否大于零点采样值， 若大于或等于零点采样值则执行步骤 （d2） ， 否则执行步骤 （d3） ； （d2） 使用正向偏移公式对所述采样值进行校准 ； （d3） 使用负向偏移公式对所述采样值进行校准。 10. 根据权。

9、利要求 9 所述的模拟量校准方法， 其特征在于 ： 所述正量程点为 90% 增益 点、 所述负量程点为 -90% 增益点， 所述正向偏移公式为 ： 所述负向偏移公示为 ： 其中 Y 为校准值， Y1、 Y2 为当前采样值， NegSamp 为正量程点采样值， MidSamp 为零点采 样值， PosSamp 为负量程点采样值， a 为最大检测结果。 权 利 要 求 书 CN 103644933 A 3 1/5 页 4 模拟量校准系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及模拟量检测领域， 更具体地说， 涉及一种模拟量校准系统及方法。 背景技术 0002 模拟量采集及控制系统广泛运用在工业控制的各。

10、个领域， 尤其是冶金、 化工、 机械 加工、 医疗设备和电力系统等。在这些领域， 模拟量对测量或加工的影响非常明显， 模拟量 采集及控制系统的好坏、 运行性能的合适与否， 直接影响到产品质量、 运行效率等。 0003 并且， 对于工业控制领域， 例如医疗设备等行业， 对模拟量精度的具有较高要求， 而且这些行业多采用多通道模拟量采集。 但这些行业对模拟量采集的精度大多停留在0.3% 左右， 且这些行业或是直接采用 MCU 中的模拟量检测通道或是选择一款低精度的 ADC 芯片 实现精度控制。 0004 模拟量校准是实现模拟量高精度采集的必要手段， 目前工业控制领域多采用以下 3 种校准方式 ： 0。

11、005 （1） 采用内部 PGA（可编程增益放大器） 校准， 例如采用本身具有校准功能的 PGA 或集成的ADC。 但该方式只针对内部PGA进行校准， 而无法对产生精度误差的其他因素进行 校准， 所以这种校准方式很难能保证精度。 0006 （2） 根据内部基准源进行实时校准。但该种方式同样只针对内部 PGA 进行校准， 而 无法对产生精度误差的其他因素进行校准。 0007 （3） 出厂前对设备进行单增益校准。 该方式虽然保证了模拟量检测的线性度， 但为 了提高效率只选择一个增益， 因此大大降低了检测精度。 0008 此外， 为了单一提高精度也可以选择针对每个通道每个增益单独校准， 但这种校 准。

12、方式步骤繁琐， 校准时间长， 经常在校准过程中发生校准意外并导致产品失灵。 发明内容 0009 本发明要解决的技术问题在于， 针对上述模拟量检测精度不足或校准时间长的问 题， 提供一种模拟量校准系统及方法。 0010 本发明解决上述技术问题的技术方案是， 提供一种模拟量校准系统， 包括参数存 储单元、 模式判断单元、 第一校准单元以及第二校准单元， 其中 ： 所述参数存储单元， 用于存 储用户校准参数和多组分别对应不同增益范围的出厂校准参数 ； 所述模式判断单元， 用于 判断当前选择的检测规格是否满足用户校准模式 ； 第一校准单元， 用于在所述模式判断单 元确认满足用户校准模式时， 选择用户校。

13、准参数对待检测的模拟量采样值进行校准， 并将 校准后的值作为检测结果输出 ； 所述第二校准单元， 用于在所述模式判断单元确认不满足 用户校准模式时根据采样值所处的增益范围选择一组对应的出厂校准参数及使用所述选 择的出厂校准参数对采样值进行校准， 并将校准后的值后作为检测结果输出。 0011 在本发明所述的模拟量校准系统中， 所述校准系统包括用户参数创建单元， 用于 根据用户输入生成用户校准参数并存储到参数存储单元 ； 所述模式判断单元在用户校准模 说 明 书 CN 103644933 A 4 2/5 页 5 式被开启且所述参数存储单元中存在与当前检测规格对应的用户校准参数时确认当前检 测规格满。

14、足用户校准模式。 0012 在本发明所述的模拟量校准系统中， 每一组出厂校准参数包括零点采样值、 正量 程点采样值和负量程点采样值 ； 所述校准系统包括出厂参数创建单元， 用于分别获得多个 增益范围内的零点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值并存储到参数存储单元。 0013 在本发明所述的模拟量校准系统中， 所述第二校准单元包括参数选择子单元、 公 式选择子单元， 其中所述参数选择子单元， 用于根据采样值所处的增益范围选择一组对应 的出厂校准参数 ； 所述公式选择子单元， 用于在所述采样值大于或等于零点采样值时使用 正向偏移公式对所述采样值进行校准、 在所述采样值小于零点采样值时使用负向偏。

15、移公式 对所述采样值进行校准。 0014 在本发明所述的模拟量校准系统中， 所述正量程点为 90% 增益点、 所述负量程点 为 -90% 增益点 ； 0015 所述正向偏移公式为 ： 0016 所述负向偏移公示为 ： 0017 其中 Y 为校准值， Y1、 Y2 为当前采样值， NegSamp 为正量程点采样值， MidSamp 为零 点采样值， PosSamp 为负量程点采样值， a 为最大检测结果。 0018 本发明还提供一种模拟量校准方法， 包括以下步骤 ： 0019 （a） 读取模拟量采样值并读取用户选择的检测规格 ； 0020 （b） 判断当前检测规格是否满足用户校准模式， 若是则执。

16、行步骤 （c） ， 否则执行步 骤 （d） ； 0021 （c） 选择用户校准参数对所述采样值校准， 并将校准后的值作为检测结果输出 ； 0022 （d） 根据采样值所处的增益范围选择一组对应的出厂校准参数及使用选择的出厂 校准参数对采样值校准， 并将校准后的值作为检测结果输出。 0023 在本发明所述的模拟量校准方法中， 在所述步骤 （a） 之前包括 ： 根据用户输入生 成用户校准参数并存储 ； 所述步骤 （b） 中， 在用户校准模式被开启且当前检测规格下存在 用户校准参数时确认当前检测规格满足用户校准模式。 0024 在本发明所述的模拟量校准方法中， 每一组出厂校准参数包括零点采样值、 正。

17、量 程点采样值和负量程点采样值 ； 所述步骤 （a） 之前包括分别获得多个增益范围内的零点采 样值、 正量程点采样值和负量程点采样值并存储。 0025 在本发明所述的模拟量校准方法中， 所述步骤 （d） 中使用选择的出厂校准参数对 采样值校准步骤包括 ： 0026 （d1） 判断所述采样值是否大于零点采样值， 若大于或等于零点采样值则执行步骤 （d2） ， 否则执行步骤 （d3） ； 0027 （d2） 使用正向偏移公式对所述采样值进行校准 ； 0028 （d3） 使用负向偏移公式对所述采样值进行校准。 0029 在本发明所述的模拟量校准方法中， 所述正量程点为 90% 增益点、 所述负量程点。

18、 为 -90% 增益点， 说 明 书 CN 103644933 A 5 3/5 页 6 0030 所述正向偏移公式为 ： 0031 所述负向偏移公示为 ： 0032 其中 Y 为校准值， Y1、 Y2 为当前采样值， NegSamp 为正量程点采样值， MidSamp 为零 点采样值， PosSamp 为负量程点采样值， a 为最大检测结果。 0033 本发明的模拟量校准系统及方法， 通过用户校准和出厂校准相结合， 可兼顾出厂 校准的准确性和用户校准的实用性。 并且本发明中的出厂校准采用以增益为单位的三点校 准模式， 提高了检测精度， 使精度能够达到 0.01%。 附图说明 0034 图 1 。

19、是本发明模拟量校准系统第一实施例的示意图。 0035 图 2 是本发明模拟量校准系统第二实施例的示意图。 0036 图 3 是三点校准模式的示意图。 0037 图 4 是本发明模拟量校准方法实施例的流程示意图。 具体实施方式 0038 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0039 如图 1 所示， 是本发明模拟量校准系统第一实施例的示意图， 该校准系统可应用 于工业控制设备中， 用于对采集的模拟量进行校准后输出。本实施例中的校准系统包括参 数存。

20、储单元 11、 模式判断单元 12、 第一校准单元 13 以及第二校准单元 14， 上述参数存储单 元 11、 模式判断单元 12、 第一校准单元 13 以及第二校准单元 14 可由运行于工业控制设备 中的软件实现， 也可由独立于工业控制设备的硬件和软件实现。 0040 上述参数存储单元 11 用于存储用户校准参数和多组分别对应不同增益范围的出 厂校准参数， 其中用户校准参数由用户自行根据工业控制设备的使用现场的实际情况输 入 ； 出厂校准参数则由生产厂家在设备出厂时创建。 在上述参数存储单元11中也可包括多 组用户校准参数， 且每一组用户校准参数对应一个检测规格， 即用户可针对不同检测规格 。

21、设置校准数据。 0041 模式判断单元 12 用于判断当前选择的检测规格 （即用户通过按键或拨轮等输入 设备选择的测量档位） 是否满足用户校准模式。具体地， 该模式判断单元 12 在用户校准模 式被开启 （可通过工业控制设备上的键盘等输入设备开启用户校准模式） 且参数存储单元 11 中存在与当前检测规格对应的用户校准参数时， 确认当前检测规格满足用户校准模式。 0042 第一校准单元 13 用于在模式判断单元 12 确认当前检测规格满足用户校准模式 时， 选择参数存储单元 11 中当前检测规格对应的的用户校准参数对待检测的模拟量采样 值校准， 并将校准后的数据作为检测结果输出。 0043 第二。

22、校准单元14用于在模式判断单元12确认不满足用户校准模式时根据采样值 所处的增益范围选择一组对应的出厂校准参数并使用选择的出厂校准参数对待检测的模 说 明 书 CN 103644933 A 6 4/5 页 7 拟量采样值校准， 然后将校准后的数据作为检测结果输出。 0044 上述模拟量校准系统在用户未对产品进行校准或退出校准模式时， 对模拟量采样 值根据不同增益范围分别对其进行校准 ； 在用户进行了校准且处于校准模式时， 根据用户 校准参数对模拟量采样值进行校准。该校准系统可灵活地平衡用户校准和出厂校准 ： 在用 户未采用用户校准模式时检测结果更加精确 ； 在用户采用用户校准模式时， 则检测结。

23、果更 贴近用户实际应用场合。 0045 如图 2 所示， 是本发明模拟量校准系统第二实施例的示意图。本实施例中的校准 系统除了包括参数存储单元 21、 模式判断单元 22、 第一校准单元 23 以及第二校准单元 24 外， 还包括用户参数创建单元 25 和出厂参数创建单元 26。上述用户参数创建单元 25 和出 厂参数创建单元 26 可结合工业控制设备的硬件实现。 0046 用户参数创建单元 25 用于根据用户输入生成用户校准参数并存储到参数存储单 元21。 具体地， 用户参数创建单元25可根据用户通过上位机软件输入的数据作为用户校准 参数， 也可根据输入的实际模拟信号创建用户校准参数。该用户。

24、参数创建单元 25 可根据每 一检测规格创建一组用户校准参数。 0047 出厂参数创建单元 26 用于在工业控制设备出厂前创建出厂校准参数存储到参数 存储单元21。 具体地， 每一组出厂校准参数可包括零点采样值 （即中点采样值） 、 正量程点采 样值 （位于中点右侧的量程点的采样值） 和负量程点采样值 （位于中点左侧的量程点的采样 值） ， 即出厂参数创建单元26在创建出厂校准参数时， 分别获得多个增益范围内的零点采样 值、 正量程点采样值和负量程点采样值并存储到参数存储单元 21。 0048 第二校准单元 24 包括则可包括参数选择子单元和公式选择子单元， 其中参数选 择子单元用于根据模拟量。

25、采样值所处的增益范围从参数存储单元 21 选择一组对应的出厂 校准参数 ； 公式选择子单元用于在模拟量采样值大于或等于零点采样值时使用正向偏移公 式对采样值进行校准、 在采样值小于零点采样值时使用负向偏移公式对所述采样值进行校 准。 0049 具体地， 第二校准单元 24 可采用三点校准模式进行进度校准。第二校准单元 24 可分别取增益范围内的零点、 正量程点 （例如 +90% 量程） 和负量程点 （例如 -90% 量程） 三点 进行校准。 具体地， 可根据零点和正量程点绘制出正向线段， 并与实际值计算出正向偏移曲 线 ； 根据零点和负量程点绘制出负向线段， 并与实际值计算出负向偏移曲线。 0。

26、050 例如当选择的增益范围为 -10V-+10V， 出厂参数创建单元 26 可选择 0V、 +9V、 -9V 三点进行采样获得模拟量采样值， 如图 3 所示。 0051 此时实际值的线段可表示为 ： Y=K*X （1） 0052 采样值的线段可表示为 ： Y1=K1*X+b （2） 0053 将式 （1） 与式 （2） 合并即可获得 ： 0054 若 出 厂 参 数 创 建 单 元 26 获 得 的 零 点、 正 量 程 点、 负 量 程 点 的 采 样 值 分 别 为 MidSamp、 PosSamp、 NegSamp， 则 可 计 算 获 得 说 明 书 CN 103644933 A 7。

27、 5/5 页 8 b=MidSamp， 其中 a 为最大检测结果 （例如图 3 中的 29490） 。将 K1、 K2、 K、 b 代入式 （3） 可得出第二校准单元 24 用于进行校准的正向偏移曲线 和负向偏移曲线， 其中在模拟量采样值 Y1 大于或等于零点采样值 （MidSamp） 时， 则校准后 的检测结果为 0055 0056 如果采样值 Y2 小于 MidSamp 时， 校准后的检测结果为 0057 0058 如图 4 所示， 是本发明模拟量校准方法实施例的流程示意图。该方法可由工业控 制设备在模拟量采样值校准时执行， 包括以下步骤 ： 0059 步骤 S41 ： 读取模拟量采样值并。

28、读取用户选择的检测规格。 0060 步骤 S42 ： 判断当前检测规格是否满足用户校准模式， 若是则执行步骤 S43， 否则 执行步骤 S44。 0061 步骤 S43 ： 选择用户校准参数对所述采样值校准后作为检测结果输出。 0062 步骤 S44 ： 根据采样值所处的增益范围选择一组对应的出厂校准参数并使用选择 的出厂校准参数对采样值校准后作为检测结果输出。 0063 特别地， 在上述步骤 S41 之前包括 ： 根据用户输入生成用户校准参数并存储 ； 相应 地， 步骤 S42 中， 在用户校准模式被开启且当前检测规格下存在用户校准参数时确认满足 用户校准模式。 0064 而每一组出厂校准参。

29、数包括零点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样值 ； 步 骤 S41 之前包括分别获得多个增益范围内的零点采样值、 正量程点采样值和负量程点采样 值并存储。此时， 步骤 S44 中使用选择的出厂校准参数对采样值校准步骤包括 ： 0065 判断所述采样值是否大于零点采样值， 若大于或等于零点采样值则执行步骤使用 正向偏移公式对所述采样值进行校准， 否则执行步骤使用负向偏移公式对所述采样值进行 校准。 （d2） ； 0066 特 别 地， 上 述 正 量 程 点 为 90% 增 益 点、 所 述 负 量 程 点 为 -90% 增 益 点， 正 向 偏 移 公 式 为 ：负 向 偏 移 公 示 为。

30、 ： 其中Y为校准值， Y1、 Y2为当前采样值， NegSamp 为正量程点采样值， MidSamp 为零点采样值， PosSamp 为负量程点采样值， a 为最大检测结 果。 0067 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都 应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 说 明 书 CN 103644933 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103644933 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103644933 A 10 。