一、引言
隨著科學技術的發(fā)展，各行業(yè)對計量校準服務提出了更高效和低成本的需求，在此背景下，計量領域出現(xiàn)了一種遠程校準技術，該技術使得校準更快速，并節(jié)省了大量的人力物力。為順應信息技術的發(fā)展，把測量技術與網(wǎng)絡通信技術緊密結(jié)合，使得計量技術領域向遠程在線校準的方向發(fā)展，將現(xiàn)代信息技術和計量自動化校準技術相結(jié)合，才能開發(fā)出遠程的計量校準技術。
二、遠程在線校準的概念
遠程在線校準就是遠距離對被校對象進行校準，也就是遠距離自動控制操作校準過程、遠距離傳輸數(shù)據(jù)、遠距離處理校準數(shù)據(jù)、遠距離判斷結(jié)果并出具證書等操作，即用戶的被校準測量儀器或測量系統(tǒng)不再需要送到上級計量技術機構去校準，或是上級計量技術機構不需到現(xiàn)場對其進行校準，只需按照專門的規(guī)定、程序、標準和接口，通過網(wǎng)絡與上級計量技術機構的遠程校準系統(tǒng)控制平臺連接，來完成其全部校準任務。
進行遠程校準應具備如下條件:首先進行遠程校準的計量設備和被測量儀器、傳感器必須是帶有通信接口并能被計算機控制的；其次測量過程必須依賴于穩(wěn)定的參考標準，而該標準可以穩(wěn)定地在實驗室計量設備和被校準的測量儀器、測量系統(tǒng)之間進行傳遞。
三、在線校準的技術思路
在基于電信號的測量系統(tǒng)中，傳感器是關鍵的部件，模擬量的數(shù)據(jù)采集是整個系統(tǒng)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(shù)字量。由于電路中的非線性及其他干擾要素，必然導致實際物理量與數(shù)字量的非線性關系。換句話說，所謂的在線校準就是在測量系統(tǒng)工作狀態(tài)下測量其誤差的工作。
如圖1所示，實現(xiàn)在線校準的關鍵，首先是要建立一個在線校準比較數(shù)據(jù)庫。具體做法是在實驗室對所有要在線校準的傳感器在其測量范圍或使用范圍內(nèi)，使用相應的檢定設備來依次產(chǎn)生傳感器分辨力下所有的測量值，并記錄下此時每一個測量值和用高精度多用數(shù)字表測量出傳感器相應的電信號值，通過各要素各型號傳感器全量程進行上述方式的測量，從而構成一一對應的數(shù)據(jù)庫的傳感器信息。數(shù)據(jù)庫另一個信息的內(nèi)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測量點的電信號值，記錄下此時采集器運算出的相應要素測量值，從而構成一一對應的數(shù)據(jù)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；其次是要實現(xiàn)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(shù)字多用表來測量傳感器的電信號值，以及能遠程控制各信號的切換。下面以自動氣象站舉例說明在線校準方案的實現(xiàn)。
在現(xiàn)有的自動測量采集系統(tǒng)中，基本上是由傳感器、采集器、通信及軟件構成。自動氣象站的測量要素有:氣溫、濕度、氣壓、風向風速、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?shù)讲杉鬟M行采集、運算變成數(shù)字量信號，通過通信系統(tǒng)傳到遠方的計算機進而得到所需的氣象要素值。在進行在線校準時將各傳感器測量值實時傳輸?shù)皆O在遠方的校準實驗室，在線校準系統(tǒng)會自動從數(shù)據(jù)庫中檢索出該要素測量值對應下的標準信號值，同時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(shù)據(jù)采集器，轉(zhuǎn)接信號發(fā)生器的電信號輸入，此時得到此要素一個校準點的標準測量值，與之前的傳感器實際測量值一比較就得出差值。其他要素的在線校準按同樣方式進行。通過這樣的在線比對校準，能很快判斷傳感器的準確程度和采集器通道是否超差，也能做到整個測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)控。
在線校準，特別是多要素在線校準目前國內(nèi)僅是摸索階段，要解決的技術難點一是標準信號和被校信號采樣時間差越短越好，因為是動態(tài)測量，避免延滯性；二是作為模擬量電信號傳輸?shù)木嚯x越短越好，最好是智能傳感器直接輸出數(shù)字量；三是校準點范圍越接近上下限越好，由于在線校準不像在實驗室校準那樣隨意設定校準點，就只能通過軟件設計智能選取高中低校準點，也就是在傳感器連續(xù)工作狀態(tài)下，自動選取接近歷史極值的點進行在線校準。
四、遠程在線校準的優(yōu)點與意義
遠程在線校準主要有以下優(yōu)勢:
1.遠程校準的過程高度自動化，可選擇在任何時間實時校準，其結(jié)果可以在線復檢，也可以隨時終止，可以得到對下一級測量儀器的校準結(jié)果，必要時還可遠程干涉，修正其校準參數(shù)，大大減少了校準時間和成本。
2.校準結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫中，在以后的校準或核查時可以隨時調(diào)用，可提供校準歷史記錄及核查檔案。
3.校準過程在線監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)并修復故障，儀器廠家可連接到系統(tǒng)訪問測量儀器的使用情況，并提供相應的咨詢服務或維護措施。
遠程在線校準服務在我國是一個全新的技術領域，它不僅是技術問題，還涉及相應的校準規(guī)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(xiàn)行的校準規(guī)范還需增加相應的內(nèi)容，以適應新技術發(fā)展的需要。發(fā)展遠程在線校準技術是我國計量技術發(fā)展的需要，也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需要。
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(qū)氣象計量所 李偉雄
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