专利名称：一种现场测试设备的校准方法及校准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号测试设备领域，特别涉及一种现场测试设备的校准方法及校准系 统。
背景技术：
测试设备是将接收到的传感器的电压或电流等信号，经过采样后，再按照其工作 特性曲线计算出被测信号量值的一种装置。从标准化的角度而言，测试设备大致可分为标 准测试设备和非标测试设备，标准测试设备如示波器等，而非标测试设备则是根据不同的 现场应用情况、不同的用途而专门开发的测试设备。对于测量实验室内的信号，比较适合使用示波器等标准测试设备，而对现场信号 的测量，一般不适合用示波器，其原因主要有以下几条一是示波器携带不方便，并且示波 器工作时必须要外接交流220V的工作电源，而对于机车或车辆的车载现场环境，往往只有 直流电源，不易找到220V交流电源；二是和示波器相配套的测试探头长度有限，一般只有1 米左右，而现场信号的测量，往往需要3米以上的测试线；三是示波器都有自己专门的、标 准的测试探头，而现场信号则有各种各样的测试接头，与示波器的测试探头连接方式并不 匹配。基于上述原因，为适应现场信号的测量，往往会开发相应的非标测试设备。对于非标测试设备，在出厂时，根据对设备各个部件、各个元器件的检测、调试，会 设置一个初始的校准系数，但是非标测试设备的测量精度会随着时间或温度的变化而变 化，校准系数也需要动态的变化。出厂后，非标测试设备使用者由于受到条件的限制，如不 方便任意打开测试设备盒体对其中的元器件进行检测、调试等，校准系数往往很难调整。目前，常用的校准方法为“零点”校准法，即将非标测试设备的输入通道与地线相 连接，再启动测试设备，此时测试设备采集到的数值为零漂值，在正常测试时，再将所测数 据减去零漂值。但是，上述的“零点”校准法没有借助于标准的信号源对测试设备进行校准， 而是借助于地线“零点”作为校准标准，实际中，地线的零点可能并非真实的零值，所以只能 进行较为粗略的校准，不能适应现场对高精度测试设备的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种现场测试设备的校准方法，该方法可提高现场测试设备 的测试精度。本发明提供一种现场测试设备的校准方法，包括校验设备、测试设备、接线转换装 置、标准信号源，使用标准USB线连接校验设备和测试设备，测试线连接测试设备和接线转 换装置，接线转换装置和标准信号源连接；该方法包括测试设备采集标准信号源发送的 标准正弦波；校验设备检测测试设备N个通道的采样值；用标准电压除以N个通道的采样 值，得到N个通道的校准系数；测试设备工作时，获取N个通道采集的原始数据；将N个通道 的原始数据均乘以对应的校准系数，得到校准采样值。优选的，若采用一个数据点校准，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数为用IV除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数； J为N个通道校准系数构成的矢量，al, a2, . . . , aN分别为各通道采样值。优选的，若采用多个数据点校准，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通 道的校准系数为分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系
数； aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值；校准系数为Jz = (Jl+J2+J3+J4+J5)/5= [(l/all+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5，· · ·，(l/alN+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/ a5N)/5]= [jl, j2, ... , jN]优选的，所述校验设备为PC机。优选的，所述PC机保存N个通道的校准系数。优选的，所述测试线与被测设备连接，测试线的接头与被测设备接头相适配。本发明还提供一种现场测试设备的校准系统，该系统可提高现场测试设备的精度本发明提供一种现场测试设备的校准系统，包括校验设备、测试设备、接线转换装 置、标准信号源，使用标准USB线连接校验设备和测试设备，测试线连接测试设备和接线转 换装置，接线转换装置和标准信号源连接；所述测试设备，用于采集标准信号源发送的标准 正弦波；工作时，获取N个通道采集的原始数据；所述校验设备，用于检测测试设备N个通 道的采样值，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；将N个通道的 原始数据均乘以对应的校准系数，得到校准采样值。优选的，若采用一个数据点校准，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通 道的校准系数为用IV除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；
J为N个通道校准系数构成的矢量，al,a2,..., aN分别为各通道采样值。优选的，若采用多个数据点校准，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通 道的校准系数为分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数； aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值；校准系数为；Jz = (Jl+J2+J3+J4+J5)/5= [(l/all+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5，· · ·，(l/alN+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/ a5N)/5]= [jl，j2，···，jN]优选的，所述测试线与被测设备连接，测试线的接头与被测设备接头相适配。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明能对应用于现场的测试设备(包括测试线)进行整体的校准，提高现场测 试设备的精度，既可对系统进行单点数据校准，又可对系统进行多点校准，并给出了多点校 准时校准系数的算法，校准方法简单，现场容易实施。本方发明将校准系数存储在PC机中， 并不要求测试设备具有非易失性存储器，因而扩大了方案的应用范围。
图1为本发明测试设备正常工作时的连接关系示意图；图2为本发明测试设备校准时的连接关系示意图；图3为本发明现场测试设备的校准方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参见图1，示出测试设备正常工作时的连接关系。包括校验设备(可为安装有测试 软件的PC机1)、测试设备2、被测设备3、标准USB线4、测试线5，其中PC机1和测试设备 2之间用标准USB线4连接，USB线4既为测试设备2提供工作电源，也为PC机1和测试设 备2之间传输命令和数据，PC机1可选台式机，也可以选便携式笔记本。由于便携式笔记本具有2-4个小时的续航能力，能够在现场无电源的情况下也能 进行2-4个小时的信号采集测量，扩大测试设备2在现场的使用范围。测试设备2和被测 设备3之间用测试线5相连，测试线5根据现场需求，长度可在3-6米之间，甚至更长。测 试线5和被测设备3相连接处会根据被测设备3已有的接头，设计成相配合的接头。如测 量地铁牵引逆变器时，由于牵引逆变器预留的测量接头为48芯的欧式连接器(针式)，所以 测试线5相应的也设计成48芯的欧式连接器(孔式)。参见图2，示出测试设备校准时的连接关系。包括安装有测试软件的PC机1、测试 设备2、接线转换装置6、标准信号源7、标准USB线4、测试线5、由标准示波器探头改造的连 接线8，其中标准USB线4将PC机1与测试设备2相连接，测试线5将测试设备2和接线 转换装置6连接，由标准示波器探头改造的连接线8将接线转换装置6和标准信号源7连 接。此时PC机1、标准USB线4、测试设备2、测试线5使用状态与正常使用时的状态一样。 由前面介绍可知，特定的测试设备2具有特定接头的测试线5，因此测试线5和标准信号源 7之间往往不能直接相连接，必须通过接线转换装置6才能连接。参见图3，示出本发明现场测试设备的校准方法，具体包括以下步骤步骤S301、将上述各个部分连接好后，使标准信号源7 (可选校准后的安捷伦信号 发生器，型号为AFG3022)发出频率为ΙΚΗζ、幅值为IV的标准正弦波，并启动PC机1的校准 软件，测试设备2通过测试线5采集到标准信号源的正弦波，通过标准USB线4传输到PC 机1。步骤S302、PC机1计算此时得到N个通道的信号幅值，假定分别为A= [al, a2, . . . , aN]式 1式1中，A为各通道采样值al，a2，. . .，aN构成的矢量；步骤S303、用IV除以各个通道的采样值，由此得到各个通道的校准系数；
式 2式2中，J为各通道校准系数构成的矢量；若测试设备2的测试线5性度较好，即在满量程的范围内均有相同的测试偏差，则 进行一个数据点的校准即可；若测试设备2的线性度较差，可进行多个数据点的校准并得 到多个校准系数，最后对多个校准系数进行加权处理，得到最终的校准系数。例如，由MP425测试模块构成的测试设备2，其测试范围为0V-5V，若进行多个数据 点的校准时，可按照如下步骤进行，先按照上述方法，分别得到在1V、2V、3V、4V、5V处的校 准系数 式3中，aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值。最终的校准系数为Jz = (Jl+J2+J3+J4+J5)/5= [(l/all+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5，· · ·，(l/alN+2/a2N+3/a3N+4a4N+5/ a5N)/5]式 4= [jl，j2，···，jN]PC机1将此系数保存到校准系数文件中，作为校准系数，完成对测试设备2校准。步骤S304、测试设备2正常工作时，若各个通道采集到的原始数据为B = [bl, h2, ... , bN]式 5式5中，B为各通道原始采样值bl，b2，. . .，bN构成的矢量；步骤S305、将各通道的原始采样值均乘以各通道对应的校准系数，即可得到较为 准确的采样值，即B' = BXJ = [blX jl, b2X j2, . . . , bNX jN] 式 6式6中，B’为各通道校准后采样值构成的矢量。按照上述方法，对现场使用的带4米长的测试线的某测试设备2进行整体校准，测 试数据表明，校准后，测试设备2的测量精度能达到0. 05%，为现场获得准确测试数据提供 了物质基础和技术保障。基于现场测试设备的校准方法，本发明还提供一种现场测试设备的校准系统。该 校准系统包括校验设备、测试设备2、接线转换装置6、标准信号源7，使用标准USB线4连接 校验设备和测试设备2，测试线5连接测试设备2和接线转换装置6，接线转换装置6和标 准信号源7连接。校验设备可为PC机1。上述设备在功能方面与方法中描述的相同，不再 赘述。本发明能对应用于现场的测试设备2 (包括测试线)进行整体的校准，提高现场测 试设备的精度，既可对系统进行单点数据校准，又可对系统进行多点校准，并给出了多点校 准时校准系数的算法，校准方法简单，现场容易实施。本方发明将校准系数存储在PC机中， 并不要求测试设备具有非易失性存储器，因而扩大了方案的应用范围。以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何 在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权 利要求保护范围之内。
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权利要求
一种现场测试设备的校准方法，其特征在于，包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源，使用标准USB线连接校验设备和测试设备，测试线连接测试设备和接线转换装置，接线转换装置和标准信号源连接；该方法包括测试设备采集标准信号源发送的标准正弦波；校验设备检测测试设备N个通道的采样值；用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；测试设备工作时，获取N个通道采集的原始数据；将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数，得到校准采样值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若采用一个数据点校准，用标准电压除以N 个通道的采样值，得到N个通道的校准系数为用IV除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；J = \KvKr-'VJJ为N个通道校准系数构成的矢量，al, a2, . . . , aN分别为各通道采样值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若采用多个数据点校准，用标准电压除以N 个通道的采样值，得到N个通道的校准系数为分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；J1 = lXll'Xl2'-'XJJ2 = VaiiV2Air''''2AIN ■J3 = 1%31，％32，...，％3iV.J4 = 1%41，％42，…，％4iV.aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值； 校准系数为Jz = (Jl+J2+J3+J4+J5)/5=[(l/all+2/a21+3/a31+4/a41+5/a51)/5, · · ·，(l/alN+2/a2N+3/a3N+4/a4N+5/ a5N)/5]=[jl， j2，···， jN]
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述校验设备为PC机。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PC机保存N个通道的校准系数。
6.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述测试线与被测设备连接，测试线 的接头与被测设备接头相适配。
7.一种现场测试设备的校准系统，其特征在于，包括校验设备、测试设备、接线转换装 置、标准信号源，使用标准USB线连接校验设备和测试设备，测试线连接测试设备和接线转 换装置，接线转换装置和标准信号源连接；所述测试设备，用于采集标准信号源发送的标准正弦波；工作时，获取N个通道采集的原始数据；所述校验设备，用于检测测试设备N个通道的采样值，用标准电压除以N个通道的采样 值，得到N个通道的校准系数；将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数，得到标准采样值。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，若采用一个数据点校准，用标准电压除以N 个通道的采样值，得到N个通道的校准系数为用IV除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数；J为N个通道校准系数构成的矢量，al, a2, . . . , aN分别为各通道采样值。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，若采用多个数据点校准，用标准电压除以N 个通道的采样值，得到N个通道的校准系数为分别用1V、2V、3V、4V、5V除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数； aij中表示第i次校准、第j个通道的采样值； 校准系数为
10.如权利要求7、8或9所述的系统，其特征在于，所述测试线与被测设备连接，测试线 的接头与被测设备接头相适配。
全文摘要
本发明涉及一种现场测试设备的校准方法，包括校验设备、测试设备、接线转换装置、标准信号源，使用标准USB线连接校验设备和测试设备，测试线连接测试设备和接线转换装置，接线转换装置和标准信号源连接；该方法包括测试设备采集标准信号源发送的标准正弦波，校验设备检测测试设备N个通道的采样值，用标准电压除以N个通道的采样值，得到N个通道的校准系数，测试设备工作时，获取N个通道采集的原始数据，将N个通道的原始数据均乘以对应的校准系数，得到校准采样值。本发明还涉及一种现场测试设备的校准系统。本发明可提高现场测试设备的测试精度。
文档编号G01R35/00GK101915902SQ20101027658
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者李小文, 李进进, 苏理, 谭利红, 陈明奎 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司