專利名稱：一種自動校準測量模塊的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于自動控制系統(tǒng)的測量模塊的自動校準裝置。
背景技術：
測量模塊是用于將接收的自動控制現(xiàn)場傳感器輸出的各種信號(如熱電偶的電位差、熱電阻的阻抗、以及標準電壓、電流信號等)經過采樣測量，并按照模塊的特性曲線的基準參數(shù)計算出被測信號數(shù)據結果的電路模塊。
測量模塊對信號的處理都有一定的精度要求，故在生產測量模塊時需要對模塊內部的基準參數(shù)進行校準，以保證測量的精度要求。
目前在生產測量模塊中，對測量模塊的校準采用的是人工的方法，操作過程大致如下采用高精度的萬用表監(jiān)控測量標準信號源設備(如電阻箱、電子電位差計等)，通過人工調節(jié)將某一標準的信號輸出給被校準的測量模塊。被校準的測量模塊采樣這些信號并輸出測量的結果，通過模塊的特性曲線的計算公式計算出達到標準值所需調整的數(shù)據，人工調整被校準的測量模塊中的調整元件或參數(shù)，使得被校準的測量模塊輸出的測量結果達到某一標準值。通過采用變換測量量程范圍內多點的標準信號數(shù)值，對整個量程的精度進行調整，使被校準測量模塊達到校準的精度要求。
采用這種人工調整方法對模塊進行校準，一般情況下，一臺高精度的萬用表只能監(jiān)控一個模塊的校準工作，而且人工調節(jié)控制標準信號至某一標準值的速度較慢，造成校準工作的勞動強度高卻效率較低的狀況。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種自動校準測量模塊的裝置，以提高校準測量模塊的效率。
本發(fā)明的自動校準測量模塊的裝置，包括計算機和智能信號源，其中智能信號源包括CPU處理器、非易失性存儲器、由標準電壓源構成的標準信號源、信號選擇開關、信號量度選擇開關和用于通訊及接插測量模塊的接口，計算機通過接口中的通訊端口與CPU處理器相連，CPU處理器的輸出控制端與信號選擇開關及信號量度選擇開關的控制端相連，標準信號源的輸出端與信號選擇開關的輸入端連接，信號選擇開關的輸出端與信號量度選擇開關的輸入端相連，信號量度選擇開關的輸出端與接口中的信號端口相連，接口中的通訊端口與計算機相連，非易失性存儲器的讀寫控制線與CPU處理器的控制端連接。
該裝置用于測量模塊的自動校準時，將被校準的測量模塊接插到接口的接插測量模塊的端口上，計算機發(fā)送控制命令給CPU處理器，并接收智能信號源中非易失性存儲器內的與輸出信號對應的標準代碼，由CPU處理器控制信號選擇開關和信號量度選擇開關對標準信號源的輸出信號進行選擇，標準信號源產生不同類型的信號輸入選擇開關，通過信號選擇開關選擇一種類型的信號輸給信號量度選擇開關，經過信號量度選擇開關的選擇控制，將一定類型及量度的信號輸給被校準的測量模塊，被校準測量模塊將輸入的一定類型及量度的測量信息輸給計算機，計算機通過程序對智能信號源的標準代碼及被校準測量模塊返回的測量信息，按照一定的計算公式進行計算，得到校準的結果，該校準結果通過接口中的通訊端口輸?shù)奖恍蕼y量模塊中，并保存在被校準測量模塊的存儲器中，達到對生產的測量模塊進行自動校準之目的，以保證出產測量模塊的高精度。
本發(fā)明的優(yōu)點1.本發(fā)明裝置，采用智能信號源代替了普通信號發(fā)生器和數(shù)字萬用表，使測量模塊的校準工作擺脫了對信號發(fā)生器的調節(jié)和對數(shù)字萬用表測量讀數(shù)的依賴。
2.用自動校準的方法代替了人工校準的方法，提高了校準測量模塊的生產效率。


圖1是本發(fā)明構成方框圖。
圖2是智能信號源的一種具體電路圖。
圖3是本發(fā)明的外形示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的自動校準測量模塊的裝置包括計算機1和智能信號源2，其中智能信號源2包括CPU處理器U1、非易失性存儲器U2、由標準電壓源構成的標準信號源U3、信號選擇開關U4、信號量度選擇開關U5和用于通訊及接插測量模塊的接口U6，計算機1的通訊接口通過接口U6中的通訊端口與CPU處理器U1的通訊接口相連，非易失性存儲器U2的讀寫控制線與CPU處理器U1的控制端連接，用于儲存與輸出信號對應的標準代碼。CPU處理器U1的輸出控制端與信號選擇開關U4及信號量度選擇開關U5的控制端相連，控制著輸出信號及量度的選擇；標準信號源U3的輸出端與信號選擇開關U4的輸入端連接，信號選擇開關的輸出端與信號量度選擇開關U5的輸入端相連，信號量度選擇開關U5的輸出端與接口U6中信號端口相連，將信號提供給被校準的測量模塊，接口U6中的通訊端口與計算機相連。這樣，被校準測量模塊返回的測量信息通過接口U6中的通訊端口輸入到計算機。而經計算機計算得到的校準結果，通過接口U6的通訊端口又可輸?shù)奖恍蕼y量模塊的存儲器中。
上述智能信號源2是一種具有通訊功能的、具有多種標準信號輸出功能及具有與輸出標準信號對應的數(shù)字化的標準代碼的電路。它可以通過接口U6中的通訊接口與計算機進行通訊聯(lián)絡，獲得計算機要求的執(zhí)行動作的命令，即計算機要求智能信號源輸出一定規(guī)格的標準信號的命令。智能信號源接收到計算機的命令后，將命令按照與計算機通訊的協(xié)議對接收到的數(shù)據進行處理，得出計算機命令要求的輸出信號的信號類型、信號量度等信息，并將與輸出信號對應的標準代碼返回給計算機，取代了數(shù)字萬用表對輸出信號的測量值。
標準代碼是一組和輸出的標準信號值對應的線性數(shù)組，用于替代經過數(shù)字化的數(shù)字萬用表測量輸出信號的測量值。在本發(fā)明中，定義30000個碼對應各種信號滿量程的數(shù)值，如將4-20mV標準信號中的4mV定義為0碼，20mV定義為30000碼，那么每1個碼＝(20-4)/30000＝0.5333uV。在4-20mV標準信號類型中，1000個碼＝4+0.5333uV×1000＝4.5333mV的信號值。其他信號的代碼計算的方法依此類推。
圖2給出的是智能信號源的一種具體電路圖。CPU處理器U1是智能信號源的核心控制部分，采用AT89系列單片機，圖示實例中，CPU處理器U1采用AT89LS8252，標準信號源U3采用精密的電壓基準器件REF102CM，信號選擇多路開關U4和量程選擇多路開關U5分別采用MC14051，接口U6采用BUS64。
CPU處理器AT89LS8252的控制信號D0-D3通過光電隔離器U24，這里，光電隔離器用TLP521-4隔離，產生CH1-CH4的控制信號，用于信號類型與量度選擇的控制。控制信號CH3、CH4連接到信號選擇多路開關MC14051的通道控制端A、B、C?？刂菩盘朇H1、CH2連接到量程選擇多路開關MC14051的通道控制端A、B、C。
電壓基準U3輸出穩(wěn)定的5V電壓，通過精密電阻RJ1、RJ5、RJ6分壓得到一定規(guī)格要求的電壓值，如5V、100mV、20mV等規(guī)格的電壓。各規(guī)格的電壓信號輸入到信號選擇多路開關MC14051的輸入端X0、X1、X2、X3，通過不同的組合，選擇輸出其中的一個信號。這個輸出信號(MC14051的X端)再通過精密電阻RJ7-RJ10分壓得到一定百分量的電壓值，如100％、90％、50％、10％點對應的電壓值20mV、18.4mV、12mV、5.6mV等電壓值，這些電壓值輸入到量程選擇多路開關MC14051的輸入端X0、X1、X2、X3，控制選擇輸出其中一個量度的信號。該輸出信號經過運算放大器U15進行阻抗匹配后，輸出到接口BUS64的插接測量模塊的端口AOUT1-AOUT8，將信號提供給被校準的測量模塊。
通常，將智能信號源2集裝成便于被校準的測量模塊3接插的箱體，見圖3所示。
被校測量模塊對智能信號源的輸出信號進行采樣，并將測量值通過接口BUS64返回給計算機。通過對信號量程內的多個信號點的測量，按照輸出信號的特性曲線的公式，計算出測量模塊的特性曲線的參數(shù)，將參數(shù)存在測量模塊的存儲器中，作為測量模塊的特性曲線在計算采樣信號時的標準，完成測量模塊的校準工作。
本發(fā)明裝置在用于校準測量模塊前，對于裝置中的智能信號源需經過校準，以保證智能信號源輸出的標準信號的數(shù)值與對應的數(shù)字化的標準代碼在信號量程范圍內的特性曲線保持一致，使得標準代碼能夠真實的反映輸出信號值，保證計算機得到的標準代碼可以代替高精度數(shù)字萬用表對輸出信號的測量。
智能信號源的校準方法如下將計算機的RS232串口與數(shù)字萬用表的RS232串口相連接，計算機通過接口U6的通訊接口命令智能信號源輸出一定標準的信號，數(shù)字萬用表的輸入端接到接口U6的信號端口，對智能信號源輸出的信號進行測量，通過一定的計算公式計算出該標準輸出信號對應的標準代碼，將該結果寫入到智能信號源的非易失性存儲器中U2。通過此方法，使得智能信號源輸出的各種標準信號各有一個精確的標準代碼與之對應。
以下通過對20mV電壓信號測量模塊進行校準為例，進一步描述本發(fā)明裝置的校準的過程。
20mV的電壓信號的特性曲線是一條線性的曲線，可以用公式y(tǒng)＝kx+b來表示，只要確定了k、b值，就可以確定這條特性曲線。為了使得曲線擬合的精度最高，采用了最小二乘法進行計算，需要對3個信號點進行采樣，得出計算數(shù)據。
先將被校準的測量模塊插入到智能信號源的接口U6中。計算機通過控制智能信號源的信號選擇開關U4選擇20mV的電壓信號，20mV的電壓信號經過信號量度選擇開關U5選擇，分別輸出標準信號的量程上的上限點S1＝18.4mV、中間點S2＝12mV和下限點S3＝5.6mV的信號，使標準信號上限點、中間點和零點的信號分別于計算機要求的時刻輸出到智能信號源的接口U6，測量模塊采樣各點的輸出信號，得到對應的采樣值T1、T2、T3。
計算機從智能信號源的非易失性儲存器U2中讀取各個標準電壓信號的數(shù)字化標準代碼值S1、S2、S3。
得到以下方程式組T1＝K×S1+B---(1)T2＝K×S2+B---(2)T3＝K×S3+B---(3)定義D1＝S1+S2+S3D2＝S1×S1+S2×S2+S3×S3D3＝T1+T2+T3D4＝S1×T1+S2×T2+S3×T3得出K、B值的計算公式K＝(3×D4-D1×D3)/(3×D2-D1×D1)B＝(D2×D3-D1×D4)/(3×D2-D1×D1)計算機根據最小偏差原則，根據以上公式計算出一條虛擬的測量特性曲線，使得按照此特性曲線，在全量程內各輸入信號點的最大的測量偏差達到最小。將該曲線的關鍵系數(shù)寫入被校準的測量模塊的存儲器中，達到校準測量模塊的目的。
權利要求
1.自動校準測量模塊的裝置，其特征在于包括計算機(1)和智能信號源(2)，其中智能信號源(2)包括CPU處理器(U1)、非易失性存儲器(U2)、由標準電壓源構成的標準信號源(U3)、信號選擇開關(U4)、信號量度選擇開關(U5)和用于通訊及接插測量模塊的接口(U6)，計算機(1)通過接口(U6)中的通訊端口與CPU處理器(U1)相連，CPU處理器(U1)的輸出控制端與信號選擇開關(U4)及信號量度選擇開關(U5)的控制端相連，標準信號源(U3)的輸出端與信號選擇開關(U4)的輸入端連接，信號選擇開關的輸出端與信號量度選擇開關(U5)的輸入端相連，信號量度選擇開關(U5)的輸出端與接口(U6)中的信號端口相連，接口(U6)中的通訊端口與計算機相連，非易失性存儲器(U2)的讀寫控制線與CPU處理器(U1)的控制端連接。
2.根據權利要求1所述的自動校準測量模塊的裝置，其特征在于CPU處理器(U1)是AT89系列單片機。
3.根據權利要求1所述的自動校準測量模塊的裝置，其特征在于標準信號源(U3)是電壓基準器件REF102。
4.根據權利要求1所述的自動校準測量模塊的裝置，其特征在于信號選擇多路開關(U4)和量程選擇多路開關(U5)分別采用MC14051。
5.根據權利要求1所述的自動校準測量模塊的裝置，其特征在于接口(U6)采用BUS64。
6.根據權利要求1所述的自動校準測量模塊的裝置，其特征在于所說的智能信號源(2)集裝成便于被校準的測量模塊接插的箱體。
全文摘要
自動校準測量模塊的裝置包括計算機和智能信號源，其中智能信號源包括CPU處理器、非易失性存儲器、標準信號源、信號選擇開關、信號量度選擇開關和用于通訊及接插測量模塊的接口，計算機與CPU處理器相連，CPU處理器的輸出控制端與信號選擇開關及信號量度選擇開關的控制端相連，標準信號源的輸出端與信號選擇開關的輸入端連接，信號選擇開關的輸出端與信號量度選擇開關的輸入端相連，信號量度選擇開關的輸出端與接口中的信號端口相連，接口中的通訊端口與計算機相連，非易失性存儲器的讀寫控制線與CPU處理器的控制端連接。采用該裝置使測量模塊的校準擺脫了對信號發(fā)生器的調節(jié)和對數(shù)字萬用表測量讀數(shù)的依賴，并可提高校準測量模塊的生產效率。
文檔編號G01R35/00GK1475812SQ03129599
公開日2004年2月18日 申請日期2003年6月28日 優(yōu)先權日2003年6月28日
發(fā)明者袁劍蓉, 彭圣嘉, 鄭偉建, 邵黎勛 申請人:浙江浙大中控技術有限公司