一种提高传感器测量精度的方法

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1.一种提高传感器测量精度的方法，其特征在于，通过在不同的环境因素条件下对传感器进行校准，记录传感器的实际输出和理想输出之间的偏差，然后在实际运行环境中，同时采集工作环境中的温度和湿度，与校准过程中的多维度环境条件相匹配，计算出补偿值以提高传感器的测量精度，具体包括以下步骤：步骤1，在不同的温度、湿度、测量值条件下对传感器进行校准，记录传感器的实际输出和理想输出之间的偏差，具体方法如下：(1)根据实际运行情况，定义温度因素、湿度因素、测量值因素的取值范围：温度的取值范围定义为[minW, maxW]，其中minW是在实际运行过程中的最小温度，maxW是在实际运行过程中的最大温度；湿度的取值范围定义为[minH, maxH]，其中minH是在实际运行过程中的最小湿度，maxH是在实际运行过程中的最大湿度；测量值的取值范围定义为[minV, maxV]，其中minV是在实际运行过程中的最小测量值，maxV是在实际运行过程中的最大测量值；(2)对温度因素、湿度因素、测量值因素的取值范围进行平均分割：温度平均分割NW等
份，每一个分割点记为，其中i=0, 1, ......, NW；湿度平均
分割NH等份，每一个分割点记为，其中j=0, 1, ......, NH；实
际测量值的取值范围平均分成NV等份，每一个分割点记为，
其中k=0, 1, ......, NV；根据对温度因素、湿度因素、测量值因素的取值范围进行分割，可以
划分为种环境条件组合；
(3)在每一种组合的环境条件下进行校准，对每一种组合进行M次校准，其中M值根据不同传感器的实际情况设定，以下以温度值为w、湿度值为h、测量值为v的环境条件为例进行校准，在校准过程中，记录实际测量值与理想值之间的偏差，记为e，即：在温度值为w、湿度值为h、实际测量值为v条件下，第m次校准的实际测量值与理想值的差，并且记录设备运行时间，记为t；ijki, j, k, mijki, j, k, m(4)创建运行时间表T和校准记录表E，表T用于保存每一次校准时，设备自上电启动开始所运行的时间长度，表E用于保存每一次校准的记录，计算方法如下：T=t，E=e，其中i=0, 1, ......, NW，j=0, 1, ......, NH，k=0, 1, ......, NV，m=1, 2, ......, M；[i, j, k, m]i, j, k, m[i, j, k, m]i, j, k, m(5)创建三维校准结果表R，方法如下：首先判断在同一组合条件下的M次校准的结果是
否收敛，所述方法如下：计算M个偏差的平均值，记为，计算M个偏差
的方差，记为，如果<S，那么M次校准的结果收敛，则，否则，M次校准的结果不收敛，则，其中null表示为空
数据，S为预设值数据，可根据实际情况调节；
(6)创建二维校准结果表，以创建表RWH为例，表RWH用于记录在温度和湿度两个因素影
响下的校准结果，计算方法如下：计算在温度值为w、湿度值为h的条件下所有偏差的平均
值，记为，计算在温度值为w、湿度值为h的条件下所有
偏差的方差，记为，如果<S，表示校准结果收敛，则，否则，校准结果不收敛，则；参照所述方法分别创建
在温度和测量值两个因素影响下的校准结果表RWV和在湿度和测量值两个因素影响下的校
准结果表RHV；
ijij(7)创建一维校准结果表，以创建表RW为例，RW用于记录只有温度影响的校准结果，计
算方法如下：计算在温度值为w的条件下所有偏差的平均值，记为，计算在温度值为w的条件下所有偏差的方
差，记为，如果<S，表示校准结果
收敛，则，否则，校准结果不收敛，则；参照所述方法分别创建记
录测量值因素的校准结果表RV和记录湿度因素的校准结果表RH；
ii(8)计算每个影响因素与偏差之间的相关系数，并根据相关系数对影响因素的重要性
进行排序，计算方法如下：以温度因素为例，从表R中统计在每一个分割点w处的平均值，记
为，其中，不统计的情况，NN表
示的数量，根据相关系数公式，计算数组(w, w, ......, w)与数组(dw,
dw, ......, dw)的相似系数，记为r；参照所述方法，计算湿度因素与偏差之间的相关系
数，记为r，计算测量值因素与偏差之间的相关系数，记为r，对r、r、r的绝对值进行排序，
相关系数的绝对值越大，表示影响因素与偏差之间的关系越强，权重越大；
i01NW01NWwhvwhv步骤2，实际运行环境中，在利用传感器进行测量时，增加对工作环境中温度和湿度的测量，当传感器的运行时间为t，同时采集的传感器的测量值、温度值、湿度值，分别记为v、w、h，几何表达方式记为P(w, h, v)，根据实际测量的环境条件参数，在所述三维校准结果表、二维校准结果表、一维校准结果表中匹配出环境条件最接近的记录，计算出补偿值，具体计算方法可分为两种情况：情况一：实际采集的温度值w、湿度值h和测量值v在表R中找到环境条件完全匹配的点，
假设匹配点的几何坐标为(w, h, v)，即w=w、h=h、v=v，如果不是空数据，则在数组
(TTT)中找出与时间t最接近的两个测量时刻，如果t在所述两
个测量时刻的区间范围内，以T≤t≤T为例，其中，m1和m2为两个示例参数，
且1≤m1<M，1<m2≤M，则根据插值法，计算传感器在运行时长为t时的测量值偏差，记为：，如果，t不在两个时刻的区间范围内，则
d=0，传感器在当前环境下补偿后的测量值为；如果是空数据，则根
据影响因素的权重排序，依次从二维校准结果表中匹配计算，以|r|>|r|>|r|为例，首先
去掉权重最小的测量值因素，如果不是空数据，则传感器在当前环境下补偿后
的测量值为，如果是空数据，则去掉权重影响排名第二的因素，
即：判断是否是空数据，如果不是空数据，则补偿后的测量值为，
如果是空数据，则去掉权重影响排名第一的因素，即：判断是否是空数据，如果不
是空数据，则补偿后的测量值为，如果是空数据，则从一维校准结果表中匹
配，根据影响因素的权重排序，依次从权重最大的因素开始匹配，以|r|>|r|>|r|为例，首
先判断是否是空数据，如果不是空数据，则补偿后的测量值为，如果是空
数据，参照所述方法依次判断、是否为空数据，如果均为空数据，则测量值不
再进行补偿；
ijkijk[i, j, k, 1], [i, j, k, 2], ......, [i, j, k, M][i, j, k, m1][i, j, k, m2]twhvwhv情况二：实际采集的温度值w、湿度值h和测量值v在表R中未找到条件完全匹配的点，则
在表R中找出与点P(w, h, v)的环境条件最近的8个点，在所述的8个点中筛选出校准结果不
为空的点，假设所述不为空的点是P, P, ......, P，并且P, P, ......, P在表R中所对应的
校准结果值为z, z, ......, z，其中，判断点P是否在P, P, ......, P所围成的区域
范围内，如果在所述范围内，则分别计算点P到P, P, ......, P之间的距离，记为s,
s, ......, s，假设P, P, ......, P在表T中所对应的所有运行时间的集合记为TQ，其中，TQ
为一维数组，每一个元素表示在校准时的传感器运行时长，在TQ中找出与时间t最接近的两
个运行时长，如果t在两个运行时长的区间范围内，以T≤t≤T为例，则
传感器在运行时长为t时的测量值偏差记为：，如果，t不在两个运行时长
的区间范围内，则d=0，传感器在当前环境下补偿后的测量值为; 如果点P
不在P, P, ......, P所围成的区域范围内，则根据影响因素的权重排序，依次从二维校准
结果表中匹配计算，计算方法如下：
12n12n12n12n12n12n12n[ip, jp, kp, mp][iq, jq, kq, mq]t12n根据权重由小到大，依次去掉对应的影响因素进行计算，以|r|>|r|>|r|为例，先去
掉测量值因素的影响，在表RWH找出与点P(w, h)最近的4个点，在所述的4个点中筛选出校准
结果不为空的点，假设为点P, P, ......, P，并且点P, P, ......, P在表RWH中所对应的校
准结果为z, z, ......, z，其中，判断点P是否在P, P, ......, P所围成的区域范围
内，如果在所述范围内，则分别计算点P到P, P, ......, P之间的距离，记为s, s, ......,
s，则传感器在当前环境下补偿后的测量值为；如果点P不在P, P, ......, P所
围成的区域范围内，则参照所述方法，按照权重排序去掉对应的影响因素后，继续匹配计
算，如果均未匹配出接近的环境条件，则根据影响因素的权重排序，从一维校准结果表中匹
配计算，计算方法如下：
whv12n12n12n12n12n12n12n依次从权重最大的因素开始匹配，以|r|>|r|>|r|为例，首先在表RW中找出与点P最
近的2个点，假设为P, P，判断P, P在表RW中对应的校准结果是否为空，如果都不为空，则
计算点P到P, P之间的距离，记为s, s，假设点P, P在表RW中对应的校准结果为z, z，则传
感器在当前环境下补偿后的测量值为；如果P, P的校准结果至少有一个为
空，则参照所述方法，按照权重排序去掉对应的因素后，继续匹配计算，如果均未匹配出接
近的环境条件，则测量值不再进行补偿。
whv12121212121212