自校准方法

2024-11-11

自校准方法（共7篇）

自校准方法篇1

0 引言

现代制造和检测技术的发展对超精密加工和测量的要求越来越高, 对精度的要求已从毫米级、微米级发展到纳米级, 甚至亚纳米级[1]。定位精度是测量设备和加工设备的重要参数, 因此保证其精度具有重要意义。在此情况下, 采用各种算法来对误差进行分离和补偿已成为提高定位精度的主要手段。其中, 作为误差分离技术之一的自校准 (自标定) 技术在精密仪器的计量方面日益受到重视, 其基本思路是将精密测量仪器与等于或者低于其测量精度的辅助测量工具相组合, 二者先通过平移或旋转得到相应点的测量值, 再通过数学模型使精密仪器的系统误差得到分离, 从而实现仪器自校准。该方法使得高精密仪器能够自行检查系统误差, 为后期的误差修正提供了保证。

目前, 国内外学者对二维工作台的定位精度进行了较多的研究。Raugh[2]以群论为工具给出了自校准方法的严格数学理论。随后, 文献[3,4]对一维、二维的自校准算法进行了初步研究。文献[5,6]提出了基于离散傅里叶变换的二维自校准算法。文献[7,8]用文献[5,6]提出的自校准算法验证了电子束光刻机工作台自标定过程中的随机误差的传递性。文献[9,10]基于刚性运动学理论和非线性最优化方法建立了二维超精密工作台运动测量模型。Chen等[11]提出了一种基于最小二乘法的二维超精密工作台自校准方法, 该算法能有效抑制噪声, 并对不同位姿数的误差传播率进行仿真。崔继文等[12]研究了超精密二维工作台的自校准, 建立了迭代二维自标定模型。Guo等[13]将自校准应用于平面度的测量与评定。

国内外学者对自校准的研究主要集中在二维工作台的自校准, 对一维自校准的研究相对较少。一维自校准在操作中不需要进行旋转, 能降低操作成本, 简化算法。本文提出了一种基于最小二乘法的一维定位精度自校准方法, 即将标记点位置精度低于或等于被校准工作台定位精度的辅助测量标尺作为中介, 通过平移辅助测量标尺产生不同的测量位姿, 得到各标记点的测量数据。最后, 采用一维自校准算法实现对仪器系统误差的分离, 从而实现一维定位精度的自校准。

1 一维自校准方法的原理

1.1 基本原理

一维自校准的基本原理如图1所示, 利用待校准仪器 (工作台测量标尺) 和辅助测量标尺之间不同的平移组合得到每一点的测量值后, 利用自校准模型进行数据处理, 分离出仪器的系统误差和辅助测量标尺的系统误差。

测量过程中不可避免地存在测量噪声, 而测量噪声对测量结果也有一定的影响。因此, 最终的测量误差包括工作台测量过程中的机械误差 (工作台系统误差) 、辅助测量标尺排列误差、测量过程中的噪声 (随机误差) 。从总体来讲, 前两者明显大于随机误差。

在建立数学模型的过程中, 需要引入2个具有均匀刻线的理想参考标尺, 以便将工作台系统误差和辅助测量标尺误差统一于同一个坐标系中, 如图2所示。定义一维工作台总系统误差Gx、辅助测量标尺总误差Ax, 两参考标尺间的偏移量为U。Gx (i) 、Ax (i) 分别为测量点i对应的工作台系统误差和辅助测量标尺误差。对校准点i进行多次测量, 测量结果取平均值, 忽略随机噪声引起的误差, 可得

式中, Mx (i) 为第i个点的测量数据;Nx (i) 第i个点的标称值。

1.2 一维自校准的数学模型

对于式 (1) , 当方程的个数增加时, 能够得到更可靠的结果, 而最直接增加方程个数的方法是进行不同位姿的测量。如图3所示, 本文以原始位姿 (2个标尺基本对齐) 、辅助测量标尺相对于原始位姿向右平移一个标尺刻度、辅助测量标尺相对于原始位姿向左平移一个标尺刻度3个位姿为例进行分析。

由式 (1) 和图3所示的基本关系, 可得到一维自校准中3个位姿分别对应的总的误差表达式:

式中, 下标1、2、3对应于图3中的测量位置1、2、3。

建立一维自校准模型, 需要用到2条假设[5]: (1) 定位误差具有高重复性, 即定位误差可以再现; (2) 定位误差中的系统误差成分是低频的, 即某一个点和它附近各点的系统误差是近似相等的, 否则在测量过程中所测得的数据不能代表仪器测量值。这两点要求在精密测量中通常是满足的。由上述两条假设, 当测量点数为n时, 可得到如下条件方程:

由式 (2) ~式 (5) , 可得到一维自校准的矩阵方程组 (以3个位姿的情况为例) :

式中, Q1、Q2、Q3分别为Qx1 (i) 、Qx2 (i+1) 、Qx3 (i) 组成的单列矩阵;I为对角元素都为1的单位矩阵;Ic为所有元素均为1的单列矩阵;0为元素均为0的单列矩阵;Nx对应每个校准点标称值组成的单列矩阵;Gx、Ax分别为工作台每个校准点和辅助测量标尺每个标记点的系统误差组成的单列矩阵。

I2、I3分别由式 (3) 、式 (4) 得到。式 (6) 可简记为

式中, Q、T、X分别为测量矩阵、关联矩阵和待求矩阵。

由式 (6) 得到的方程个数为3n+1, 所有的未知数个数为2n+3。通常总有n>2, 于是总有3n+1>2n+3, 即方程数大于未知数的个数。为了得到误差的无偏估计量, 通常采用最小二乘原理, 即令所有测量点上偏差的平方和为最小。由最小二乘原理可得未知量的无偏估计量:

式中, 的无偏估计量。

由于T和Q均已知, 待求矩阵X的最佳估计值可以通过矩阵运算得到, 因此, 该算法可以分离出工作台系统误差Gx、辅助测量标尺误差Ax, 以及二者的偏移量U, 从而实现工作台的一维自校准。

为了量化计算值和真值之间的差异, 本文采用计算值和真值的均方根来分析一维自校准结果的误差大小, 即

由于该方法对待校准仪器与辅助测量标尺的精度要求不高, 并且待校准仪器与辅助测量标尺的相对位置也允许有偏差, 与实际操作环境更加接近, 所以自校准技术对于精密仪器的性能保证具有良好的适用性。

2 一维自校准算法的软件仿真

为了验证本文所提基于最小二乘法的一维定位精度自校准方法的有效性, 用MATLAB进行了仿真。仿真参数设置如下:校准点数n=10, 位姿数p=3, 辅助测量标尺分度d=10mm。为了使Gx和Ax的误差在±1μm范围内, 通过调整各自对应的标准差来控制随机数的大小, 仿真时选择工作台系统误差的标准差SG=1μm, 辅助测量装置系统误差的标准差SA=1μm。考虑到测量过程中的随机噪声无法避免, 需要研究随机噪声对自校准算法的影响。因此, 针对有无随机噪声两种情况做了分析和比较。

2.1 无随机噪声的情况

无随机噪声时, 引入的随机噪声标准差差SR=0。运行一维自校准算法后, 工作台和辅助测量标尺对应的仿真结果如表1所示。

μm

由表1可以看出, 在无随机噪声的情况下, 工作台系统误差真值Gx与计算值完全相同, 且自校准误差均方根值也非常小, 近似为0;辅助测量标尺误差真值Ax及计算值的差也为0。这表明, 在无随机噪声的情况下, 一维自校准方法能准确分离出仪器的系统误差。

2.2 引入随机噪声的情况

为了仿真有随机噪声的情况, 令引入的随机噪声SR=0.10μm。此时得到的与工作台和辅助测量标尺对应的仿真结果如表2所示。

μm

由表2可以看出, 测量噪声对自校准算法产生了一定影响。与无噪声时相比, 自校准误差均方根变大, 但误差计算值^Gx和误差真值Gx的偏差很小, 且工作台误差均方根值也很小。在引入随机噪声标准差为0.10μm, 工作台误差真值标准差为0.83μm时, 误差计算值的标准差为0.83μm。可见, 该自校准算法对随机噪声的抑制能力较强, 有很好的鲁棒性。

残差即工作台上的校准点的误差计算值和真值之间的差, 可以用来表征计算结果的准确性。一维工作台系统的残差如图4所示。可以看出, 95%以上的点的残差都落在±2σ (σ为工作台系统误差计算值的标准差) 的置信区间内, 说明该算法具有较好的可靠性。

3 实验研究

为了验证一维定位精度自校准算法的有效性, 本文进行了一维自校准实验。测量仪器采用美国OGP公司的SmartScope FLASH 200型精密测量光学影像仪, 被测对象为刻度间隔为1mm的钢尺。通过测量得到钢尺在3个不同位姿时每一个刻度的测量值, 然后运用一维自校准算法对数据进行处理和分析。

影像仪由带有操纵杆控制的DC伺服马达驱动, 工作台带有夹具孔和可拆卸式平台玻璃。X、Y轴定位精度均为E= (1.8+0.006L) μm, 其中, L为测量长度, mm。辅助测量标尺的端面作为基准线。将测量标尺置于工作台上, 其刻线尽量和工作台所在坐标轴对齐, 然后将其固定, 避免工作台移动时有相对滑动。保持Y轴和Z轴不动, 通过操纵杆使工作台沿着X轴移动。由于刻线在影像仪上显示的是一条较宽的线条, 所以需要采取措施以提高测量精度。本文采用对刻线两端取中点的方法, 依次对测量标尺的10个点重复测量10次, 取其平均值作为每个点的测量值。这样依次得到3个位姿的测量数据。通过运行一维定位精度自校准算法, 得到工作台和辅助测量标尺的自校准结果, 如图5所示。每一点的误差计算值如表3所示。

μm

由图6、表3可以得到:工作台的系统误差标准差为0.820μm, 其扩展不确定度U=1.852μm (置信概率0.95和自由度9, 包含因子k=2.26) 。由影像测量仪X轴理论精度E= (1.8+0.006L) μm知Ex=1.854μm (L=9mm) 。可见, 实验值和理论值符合, 说明一维自校准方法具有较好的有效性。

4 结语

本文提出了一种基于最小二乘法的一维自校准方法, 并通过软件仿真和实验研究对该方法进行了验证。仿真结果表明:在无随机噪声存在的情况下, 该自校准算法的误差近似为0;随机噪声标准差为0.10μm, 工作台误差真值标准差为0.83μm时, 误差计算值的标准差为0.83μm, 说明该算法能够有效抑制噪声。对给定X轴测量精度为1.854μm的工作台进行实验, 得到的工作台系统误差的扩展不确定度为1.852μm, 实验值和理论值符合。这说明本文提出的一维自校准算法具有较好的有效性和实用性, 可以应用于精密工作台的误差分离和自校准。

摘要：为提高测量仪器的定位精度, 采用一维自校准方法来分离仪器的系统误差。该方法利用一个精度小于或等于待校准仪器精度的辅助测量标尺, 通过平移得到每个标记点在多个不同位姿时的测量数据。最后, 利用自校准算法分离出仪器的系统误差, 从而实现一维定位精度的自校准。仿真结果表明:无论是否有随机测量噪声, 该算法都能有效地分离出仪器的系统误差。实验研究证实了该算法的有效性。

关键词：一维自校准,定位精度,最小二乘法,系统误差

自校准方法篇2

随着人们生活质量的不断提高,智能科技已经被提升到关乎国家科学技术发展和运用的战略级层面。由于市场广阔和用户需求的多样化,照明智能系统也已经成为各家公司追逐的热点技术。所谓智能照明系统,其实就是根据室内某一个区域的用途,每天的时间和室外光线的强弱等因素来自动控制照明。其中重要的一点就是用户可以根据自己的需要设置房间的亮度需求,而系统则能把这个需求转变成一系列的配置,如灯光的等级,窗帘的高度等等因素来实现照明控制功能。作为智能建筑的一个组成部分,同时也是节能的一项重要技术,智能照明控制能够延长光源的使用时间,改善工作环境,提高居住的舒适程度,是实现绿色建筑的重要一步。

1 硬件设备及环境介绍

本系统搭建于西向的房间,经纬度分别为北纬31.18°,东经121.38°。整套系统由感应系统和控制调节系统两个部分组成,采用RS485串口标准通信,由于RS485采用了差分信号传输,确保了在短距离传输小量数据包的准确性和安全性。

感应系统:本套系统采用了能够360°采集数据的智能感应器,能够定时返回当前采集的亮度的数据,同时还能检测是否有人员活动的信息。

控制调节系统:控制调节系统主要由屋顶上安装的可控日光灯与窗帘电动机组成。日光灯可以根据RS485串口命令来调节亮度的等级,而窗帘电动机则能够以固定的速度向上或向下拉动窗帘。

图1是整个系统的硬件连接架构,感应系统和控制调节系统都通过RS485总线连接到控制终端(Control PC),控制终端根据需要,对感应系统的数据信息进行分析,然后向控制调节系统发出控制指令。

2 软件设计和系统分析

2.1 系统分析

系统采用自适应回归算法设计,图2中即是系统的控制策略。用户可以在系统中设置自己对房间亮度的期望值,图2中右上角的室内感应器采集到当前室内的亮度数据,控制算法利用当前室内感应器测量值与用户设定的期望值之间的差值作为输入值来调节窗帘的高度和灯光的亮度,最大化地利用日光,最小化灯光对室内亮度的影响,来使最终亮度达到用户设定的期望值,或是维持在一个可接受的小范围内波动。

图2中左下方的感应器面向窗外,用于测定直射太阳光的亮度,以此来判断是否有直射阳光射入室内,从而调整窗帘的高度,避免阳光直射而引起的不适。因为一天中太阳的高度和光线射入房间的角度会随着时间的变化而变化,所以需根据房间所在位置,朝向,季节和事件等因素计算太阳光入射的角度,从而能够准确地调整窗帘高度。

2.2 软件设计

图3描述了软件系统的整体结构,初始化后读入的配置文件中记录了房间的地理位置,方位朝向,太阳偏向角计算中需要的常数等数据。限于篇幅,本文不详细介绍太阳偏向角等数据的具体计算方法,根据已知的通用方法可以得出比较准确的结果。

创建一个线程,以事件的形式实时接收从室内感应器和室外感应器发送的亮度数据,本系统采用了统计3次数据的算术平均数来消除感应器可能会发生的数据波动,所得结果作为实时数据显示在控制面板上。

进入自动控制流程后,系统开始根据实时数据和设定数据之间的差值来决定如何控制窗帘高度和灯光的亮度等级。出于节能的考虑,系统首先调节窗帘高度,最大限度地利用自然光,在自然光无法满足要求的时候才开始调节灯光的亮度。

每一次实时数据的生成都会引起一次调节的循环过程,如果实时数据生成时,上一次的调节尚未完成,则放弃此次数据。

3 系统测试结果

图4反应了系统测试的结果,系统记录了一天的测试结果。

从图4中可以看出,尽管外界的环境对室内感应器(ceiling value)的影响很大,但是在设定区域为[400,600]的波动范围内,桌面测量区域的感应器(meter value)的值与设定值(set value 500)基本吻合,同时也与系统计算的校准值相符(calibrated va-lue),实验效果较为理想。

4 结束语

智能照明系统需求的多样化,使应用软件的设计有了更多的方式和思路。但由于外部影响的因素众多,影响因子之间的关系复杂,也给系统设计造成了一定的难度。本系统尽量考虑到云层和位置等多方面的影响,但从结果也能看出,虽说基本实现了控制的目的以及一定的精确度,但仍然还有进一步提高的空间,对补偿和校准算法的深入研究也有助于下一步系统优化的实现。

参考文献

[1]顾启泰.系统设计与仿真[M].北京:清华大学出版社,1995.

[2]马小军.智能照明控制系统[M].东南大学出版,2009.

[3]郑谊.节能型智能照明控制系统[J].建设科技(建设部),2005(5).

[4]Stephen Prata.C++Primer plus[M].孙建春,韦强,译.5版.人民邮电出版社,2005.

自校准方法篇3

关键词：李氏瓶,自校准,校正值

1 李氏瓶自校准的必要性

每个检测实验室在检测工作中都要用到各种不同类别和规格的玻璃计量器具, 按照有关规定, 在投入使用前应进行检定/校准或自校验。而对于刻度容量计量器具的检定/校准按照规程只进行有限的分段检定/校准工作, 如:0～5ml、0～10ml、0～15ml等直至全量程。从笔者多年的实际使用和自校准经历说明, 尽管器具上标注有CMA标志和“A”级标志, 但实际上并达不到产品质量标准和使用者的使用要求, 当前市场上鱼目混珠, 产品质量良莠不齐是人所共知的不争事实。就对水泥和建筑工程类检测实验室常用到的李氏瓶来说, 本单位曾购入一名厂李氏瓶30个, 经0.001g精度称量4000g的电子天平, 按照相关国家检定规程进行衡量法自校准, 结果只有7个符合产品质量标准;最近又购入一批20个标志有“A”级产品标记的某大厂生产的李氏瓶, 计划先通过自校准合格后再送法定计量部门进行检定/校准, 以取得检定/校准证书。遗憾的是竟没有一个符合标准要求, 最后只得勉强留下5个误差相对较小者进行自校准, 计算出修正值后作为备用 (见表1, 6#～10#) , 其余的只能作退货处理。

按照国家计量认证的要求, 所有计量器具须经计量检定, 这样的产品是肯定无法取得计量检定合格证的;对于CNAS认可要求有计量合格证书或校准证书。如前段时间送广东省某权威校准机构的4个李氏瓶, 按JJG196《常用玻璃量器检定规程》[1]检定/校准出具的校准证书和数据 (见表2) , 诚然, 报告的真实性、准确性和规范性是无庸置疑的, 按照检测标准的要求, 刻度误差应不大于0.05ml。虽然该批李氏瓶均不合格, 但我们又购买不到合格品, 为保证检测工作的正常开展, 只有对其重新进行自校准。将校准容量区间缩小至0.5ml。这样在±0.5ml范围内的刻度不均匀所带来的误差即可在允许范围内。只有这样才能够保障检测结果的准确度。

说明:本批李氏瓶刻度都不均匀和准确。

2 李氏瓶自校准的操作方法

采用衡量法对玻璃量器进行检定/校准是一种高度准确的方法, 也是JJG 196《常用玻璃量器检定规程》所推荐的检定方法。然而对于一般检测实验室很少装备有称量500g以上精度0.001g的天平。如果有称量500g以上, 感量为0.001g以上的电子天平, 则李氏瓶可以方便地对其进行衡量法校准。

一般检测实验室通常装备有分析天平, 不管是感量为0.001g或是0.0001g, 其最大称量范围都是210g以下, 无法对其直接称量校准, 因为李氏瓶装满蒸馏水或煤油时总质量均在300～400g之间, 而且不论是单盘天平或双盘天平的样品盘均无法容纳李氏瓶的高度, 因此只能采取以下步骤进行自校准:

⑴将待测李氏瓶用磷酸洗净并烘干。于校准前12小时将待测李氏瓶及制备好的蒸馏水放进有恒温恒湿条件的检定室内。

⑵控制好检定场所的室内温度 (室温要求15～20℃为宜, 每个李氏瓶校准前后温度变化在1℃以内) , 佩带干燥手套后开始检定。

⑶量度开始检定时蒸馏水的温度和室温, 并记录下温度计上读数, 如果两者不一致则继续放置直至一致。

⑷将李氏瓶装满蒸馏水至24.00ml刻度线 (在读李氏瓶刻度时, 要保持视线与凹液面下弧线水平) , 并检查刻度线以上瓶壁绝对无水珠, 盖上瓶塞。

⑸将一个50～100ml外壁彻底擦干的高型称量瓶连盖置于天平上, 准确称量其质量, 并记下读数, 有清零功能的电子天平则清零更为方便。

⑹取出称量瓶置于干净干燥的台面上 (或纸上) , 打开称量瓶盖和李氏瓶瓶塞。用一支干净直滴管小心将李氏瓶内蒸馏水吸出至23.50ml刻度处。将滴管中的水仔细放入称量瓶中。观察滴管尖端是否有残留水滴 (这是自校准的关键之一) 。若吸出的水太多, 以致低于要校准的刻度线, 可以重新加水至准确刻度线。但须仔细将滴管尖端伸至近水面而不要碰触瓶壁, 以免瓶壁挂水珠影响精度。在吸出指定刻度的水以后, 应及时分别盖好称量瓶及李氏瓶, 以防水分蒸发影响精度。

⑺将称量瓶置于天平内称量, 记下读数。

⑻依次根据两个刻度之间水的质量之值和该水温时蒸馏水的密度 (不同温度下蒸馏水的密度可根据试验时的温度t (℃) , 查表3求得) , 根据公式V=m/ρ计算出两刻度之间的容积。便可计算出与该标示刻度容积之差。

⑼重复步骤⑸～⑻, 依次可计算出0～24.00ml处, 每0.5ml单位标称值所对应的实际值。

注:⑴一般试验计算时采用小数点以后三位数, 第四位四舍五入;⑵*号为本检定方法常用蒸馏水密度。

根据我们工作实践的经验, 一般情况下以ml为单位进行校准已能达到要求, 当然以0.5ml单位为校正区间更准确, 但是这样操作较为费时。

按上述方法操作, 收集数据后计算得出相应校正值表。试验员在使用李氏瓶进行试验时测出的容积如果在0.5ml之内时, 只需将该刻度上下两相邻校正点实际值之差计算出每0.1ml之差便可算出该标称值的实际值。

如:某次测定出的标称值为20.62ml, 从校正值表上查得于20.50ml时实际值为20.97ml;于21.00时实际值为21.48ml, 则20.62ml测定结果的标称值的实际值为:

3 校正值实际应用效果

衡量法是校准量器的准确方法。只要校准者严格控制好校正时的室温并且对校准的每个步骤仔细操作, 便可以得出准确的校准结果, 可以解决使用者在无法购买到完全合格的李氏瓶的苦恼。同样的方法可以解决如滴定管, 刻度移液管的自校准问题, 有效地避免因外送检定/校准时校准区间过大而刻度不均匀的计量器具在实际检测中误用所带来的误差。我们用校正值测定与用比重瓶测定进行结果对比两者完全符合。采用经我们校正后的李氏瓶参加了国家水泥质检中心组织的2008年CNAS T0384能力验证计划的水泥物理性能能力验证, 从国家水泥质检中心发来的中期报告结果:A样中位值为3.07, B样中位值为3.06。我公司的A、B样实测值分别为:3.08及3.06。本公司的实验室之间Z比分数为0.34, 结果极为满意。上述结果有力地证明采用这种方法校正后完全可以利用不合格的李氏瓶检测出准确的结果。

参考文献

[1]JJG196-2006《常用玻璃量器检定规程》

自校准方法篇4

由于校准对于状态性能很重要,所以器件在每次上电后均要即时执行自校准。另外,器件亦可容许用户根据需要以手动形式执行自校准工作。一般来说,这顶功能会在当系统温度超出原先系统设计所订立的阈值时启动。既然器件自身的温度会影响其性能发挥,那么可以加上一个片上二极管并把它连接到外部温度传感器。这样便可有效地监视器件的温度。美国国家半导体(NS)NS公司的ADC08系列ADC(模/数转换器)的采样能力均达到了每秒千兆位级,例如集成精密自校准电路的A D C 0 8 D 1 5 0 0;温度传感器推荐采用LM95221(或类似的器件)。

不论是上电还是手动,校准过程均需大约1~2ms才能完成,时间长短视时钟频率和器件的规格(这方面的数据请参考器件的数据表和在本文中所提及的参数)。另外,在上电模式时,器件会在自校准过程前插入一个较长的延迟。根据用户的设定,这个延迟可能相对地短(几十ms)或长(几s)。延迟的目的是稳定电源和其他变化。不过,当器件被配置成扩展控制模式时,便不可使用较长的延迟(即经串行介面来配置)。

CalRun引脚可指示器件是处于自校准模式或通常工作模式。

执行自校准功能

我们必须认识到自校准是器件“正常”运行的一部份。因此,器件的运行条件在校准时应该尽量接近“正常”运行时的条件和稳定性。换句话说,电源、温度和所有输入均应稳定地处于数据表内“运行额定值”部分中所列出的条件范围内。要想获得较大的校准精度,就必须使校准时的运行条件尽量与其正常运行时的条件相近。

为了获得稳定的运行条件,需加入一定程度的时间延迟。系统设计工程师必须决定这个延迟—可以从大约1~2s至几十s。正如本文第二部份所述,器件拥有内建的校准延迟功能。假如系统需动用较长的延迟,那么CAL输入引脚便可以用来进一步延迟校准周期的起始时间。这个操作很简单,用户只需在上电时将CAL引脚保持在高位,直至获得所需的延迟为止。C A L引脚再一次从低循环到高前,器件将会一直保持等待状态,之后才会启动上电校准周期。

CAL的输入“低—高周期”所需的时间可以在数据表中的交流电气特性表中找到。除了一些阻碍校准发生的因素外,这种方法不会干扰到器件的其他特性。虽然这延迟是通过CAL输入来产生,但仍可考虑成是在获得正常性能前必须进行的上电校准。

为了获得精确的校准,必须把关键的变量稳定下来。除了环境条件(电源和温度)外,器件的其他运行条件也必须被稳定下来。以下是一些具体的要求:

·时钟输入必须被稳定(这包括没有执行DCLK_RST);

·模拟输入处于指定的范围内(可在运行额定值部份中找到),但频率则没有关系—包括直流;

·当校准在执行期间,绝不能干扰控制/配置的设置;

·对于ADC08D500/1000/1500来说,器件必须处于正常模式(不是DES模式),而不限于ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000;

·控制寄存器绝不可被访问,即使SCLK正在生效;

·当开始校准时,器件不应处于节电模式;当校准在进行时亦不应进入节电模式。

自校准时的器件特性

除了明显的信号处理路径中断外,器件在校正期间会出现其他的效应。

·数字输出会失效;

·系列中某些器件的DCLK输出亦会失效。

器件的DCLK输出一般都只用来采集数据。由于DCLK输出可能会中断,所以ASIC或F P G A在其逻辑超出采集逻辑时,就不能再以D C L K输出作为时钟信号。可是,对于那些必须把DCLK用作通用时钟的应用来说,部分新的器件可为用户提供适当的控制,以使能在校准期间继续保持D C L K的运行。然而,这种做法的代价是当DCLK仍在生效时,模拟输入终端电阻(R t e r m)便不能被校准,Rterm的数值就会略微失准。因此.在上电校准时最好不要采用这种方法,但可以在随后的手动校准周期中使用这种方法。

在ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000内,扩展配置寄存器中的电阻调节失效(RTD)位会决定是否让DCLK在校准期间停止。这个位的预设状态(在上电时)是停止DCLK,同时在校准期间调节Rterm。在上电校准时,必须将这个位保持在预设状态,并且预期D C L K会于校准期间停止。然后,用户可以清除这个位,以便在随后的手动校准周期执行时保持D C L K的运行。

性能效应

数据表中列出的器件性能是以器件在测量时得到适当的校准为前提的。对于任何的电子电路,假如环境条件在校准后出现变化,那么器件均有可能出现某种程度的性能降级。在校准后,最常见的性能影响参数是温度。所以,当温度的变化超出某阈值时,便应执行手动自校准。这阈值可以由系统设计人员于设计过程中去决定。NS公司不对任何温度变化导致的未校准系统性能降级作出保证。不过,从下列部分观察数据可能对用户有所帮助。

1.在55℃(45℃~100℃的裸片温度)的温度范围内,可看见器件的E N O B性能降级了0.35位;

2.在80℃(20℃~105℃的裸片温度)的温度范围内,发现有2%的增益误差。

3.假如用户在校准期间启动DCLK,并且上电校准后Rterm没有被校准,那么Rterm的数值便会单单因温度效应而发生改变。预计在120℃(从0℃到+120℃的裸片温度)的温度范围内,Rterm将出现总共1%的变化。

根据上述部分数据,可以推断在触发校准周期时,一个合理的温度方差阈值必须处于最多20℃~30℃的范围内。

结语

自校准方法篇5

阿尔泰科技PXI8501，每个通道具有独立的ADC, 可提供较高的采样率与动态精确性，使各通道数据实现同步采样，同时提供多量程信号输入设定，可以接受包括±10 V、±5 V、±2.5 V、0～10 V、0～5 V的量程信号范围。并且提供8组数字量I/O。

大存储同步采样的设计使PXI8501无论是在网络通信领域、工业自动化领域还是测试和测量自动化领域，都可以很好地发挥作用。

自校准方法篇6

北京阿尔泰科技发展有限公司(Beijing Art Technology Development Co.，Ltd)近日推出首款高速同步自校准数据采集卡PXI8510。继推出PXI总线同步采集卡PXI8002、PXI8008后，这是首款高速同步自校准数据采集卡，在满足客户高速同步数据采集的同时，方便了客户对板卡的校准工作，完全通过软件进行校准，免去了繁琐的手动调节工作。

PXI8510采集卡采用当前世界范围内得到广泛认同与应用的PXI总线方式，提供8路差分模拟量输入通道，16位分辨率，每通道高达500 kS/s采样率，支持程控增益，支持主DMA采集方式。由于可对多通道模拟量输入信号进行同步采集，因此PXI8510适用于高等物理、雷达、声纳、超音波应用、汽车测试或飞机噪声测试等检测，以及需要对多点信号同步侦测的领域。同时，高精度多通道同步自校准的设计，能有效地帮助客户节省整个PXI系统的构建成本与使用空间。

PXI8510每个通道具有独立的ADC, 可提供较高的采样率与动态精确性，同时提供多量程信号输入设定，可以接受包括±10 V、±5 V、0～10 V、0～5 V的量程信号范围并且提供8组数字量I/O。阿尔泰科技PXI8510除了搭配阿尔泰标准VC++高级测控演示程序之外，也提供了用VC、VB、C++Builder、LabVIEW、LabWindows/CVI、Matlab、Delphi、C#、组态软件等语言平台，支持二次开发，并提供大量的高级演示程序(包括波形显示、连续不间断大容量存盘、高级数据分析等功能)。同时，PXI8510在软件上配备了功能强大的软件库函数资源，可以在Windows2000、XP、Win7、Vista等多种操作系统下快速地构建富有个性化的控制系统。了解更多详情，敬请访问：http://www.art-control.com。

温度设定实验装置校准方法篇7

一、概述

温度设定实验装置主要是指由加热或制冷器件、工作空间、工作介质、感温元器件、控温仪表等构成的以形成恒定温度的实验设备。装置通电后, 感温元器件将当前温度对应的电势 (或电阻) 信号传输给温控仪, 温控仪与设定温度值比较, 然后输出一个控制信号使加热或制冷器件开始工作, 使工作室内的工作介质 (空气、水或其它介质) 热量增加或热量降低, 最终稳定在预先设定的温度点上。由此使用者可获取所需的温度, 达到温度实验的目的。

二、校准条件

(一) 环境条件

1. 环境温度:15℃～35℃

相对湿度:不大于85%RH

2. 负载条件:

一般在空载条件下校准, 也可根据用户需要选择在用户负载条件下进行校准, 但应在校准报告中说明负载情况.

3. 其他条件:

设备周围应无强烈振动及腐蚀性气体存在;应避免其他冷、热源影响。

(二) 标准器

1. 温度测量系统

温度测量系统由温度传感器 (通常用精密热电偶或铂热电阻) 和电测显示仪表组成。

三、校准项目和校准方法

(一) 校准项目

温度指示误差、温度稳定度。

校准项目也可根据校准时的实际情况或用户的要求做相应的调整。

(二) 校准方法

1. 温度校准点的选择

校准点可根据用户的实际需要适当选择校准温度点。

2. 温度测试点的数量及分布位

(1) 测试点分布要均匀, 位置要有代表性。一般布放1～3支传感器, 布放在有效工作空间内上、中、下三个水平层面的中心点处, 上层与工作室顶面的距离是工作室高度的1/10, 中层通过工作室几何中心点, 下层在工作室底面上方10mm处。也可根据客户要求或设备的工作空间形状布放在合适的位置。

(2) 若被校装置的工作空间大于0.5m3, 可适当增加传感器的数量, 使用5支传感器时, 可参考下图 (图1) 布点:

(3) 若被校装置工作空间不方便进行传感器布线, 可将测温传感器放置于被校设备预留的测试孔处, 并在原始记录上注明测温传感器的放置位置。

(4) 若以上两种情况均不可行, 可将测温传感器与被校装置的温度传感器放置于同一位置上, 并在原始记录上注明测温传感器的放置位置。

(三) 测量步骤

1. 按2.的方法, 安装温度传感器于被校装置上。

2. 一般在空载情况下校准, 若客户要求在负载情况下进行测量, 将负载均匀地放在工作空间内, 并在原始记录上注明负载情况。

3. 使实验设备升温 (或降温) 并进入控温状态。

4. 温度指示误差的测量:

设备进入控温状态后稳定30分钟 (稳定时间最长不超过2小时) 后, 以每2分钟测量全部测量点的温度值和设备指示温度值, 共15次。或者根据客户需要或装置的技术要求在指定的时间内以一定的时间间隔采集数据, 也可根据被校设备的稳定性和数据变化情况适当调整采集时间间隔及采集次数。应尽量采集稳定过程中有代表性的高点和低点。

5. 温度稳定度的测量:

温度稳定度的测量与温度指示误差测量同时进行.

(四) 数据处理与测量结果

1. 对所记录的全部测量数据进行整理, 根据校准项目的定义进行数据处理得出校准结果。

2. 参与计算校准结果的测量数据应先按校准装置的修正值进行修正。

3. 各校准项目计算方法及公式

(1) 温度指示误差:

温度指示误差是被校装置温度指示平均值与设备工作空间内各测试点所测得所有数据的平均值之差。

式中:M——设备工作室的测试点数;

Tij——设备工作室第j点第i次实测值, ℃;

Tj——设备指示温度值, ℃;

t——设备工作室全部测量点的温度平均值, ℃;