本发明专利技术提供了一种车载的传感器校准、评测系统及方法。属于传感器测量校准领域。该系统包括了配气系统、反应箱、标准仪器及工控机，用以模拟不同的大气环境并对传感器进行校准。配气系统负责加载标准气体、样品气体或水蒸气，反应箱则通过内部设置的紫外灯及温湿度控制器调节环境参数，模拟出预设的大气环境。反应箱与标准仪器连接，以比对标准数据和传感器数据，实现对传感器的校准。所有设备将与工控机连接，实现数据的控制及采集显示。该方法通过模拟大气环境，记录原始数据，获取标准数据，计算偏差，调整数据，评测校准效果等步骤完成校准流程，具有操作简单，效果准确，适用性广泛、可用于车载等优点，可以有效提升传感器的精确度和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器测量校准领域，更具体的说涉及一种车载的传感器校准、评测系统及方法。
技术介绍
1、目前传感器监测技术已十分成熟，利用传感器开展空气质量六参数监测已被广泛应用，近几年各城市均开展了基于传感器的空气质量网格化监测工作。传感器在出厂前及在使用一段时间后(通常为1年)需开展校准及评测工作，且传感器网格化监测多用于城市大范围布点，传感器分布地区广、数量多，针对这一需求专利技术了一种车载的传感器校准、评测系统。
2、传感器生产厂家对传感器出厂前及在使用一段时间后的校准及评测工作主要基于利用已知浓度的标准气体进行测试或基于标准仪器开展同步比对，缺少针对大气环境不同状态模拟及不同环境样品(如污染源样品)的校准及评测系统，此外校准及评测通常为固定点位进行，使用不够灵活，不能满足现阶段城市范围的网格化布点的传感器校准及评测工作。
3、1、现有系统不能模拟不同条件下的真实大气环境，来对传感器开展多种情况下的校准及评测；
4、2、现有系统不能开展不同环境样品气体的传感器校准及评测工作；
5、3、现有系统缺少用于车载的集成方法，操作不够灵活，不能满足城市范围的大量传感器校准及评测。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决以下技术问题：现有传感器校准评测系统不能模拟真实大气环境下的多种条件，不能开展不同环境样品气体的传感器校准及评测工作，并且操作不够灵活，缺乏便于车载使用的集成系统，无法满足大城市范围内大量分布的传感器的校准及评测需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：所述的系统包括配气系统、反应箱、标准仪器及工控机；
3、配气系统加载标准气体、样品气体或水蒸气，得到预设浓度和湿度的样品气体，送入动态校准仪；
4、反应箱内部设置紫外及温湿度控制器，包括紫外灯及半导体制冷片，调节反应箱内的紫外光强度及温湿度，模拟不同状态下的大气环境；
5、反应箱一端连接标准仪器，另一端连接动态校准仪，将样品气体引入，并与传感器数据进行比对，实现对传感器的校准；
6、配气系统、反应箱及标准仪器均连接至工控机，实现进气种类、进气浓度、反应箱紫外光强度、温湿度、传感器数据及标准仪器数据的控制及采集显示。
7、在一方面，一种车载的传感器校准及评测方法，所述的方法适用于所述的系统，所述的方法包括：
8、(1)设置环境参数，模拟环境：选定所需模拟的环境参数；通过配气系统向反应箱内加入预设的浓度和种类的气体，通过反应箱内的紫外及温湿度控制器调整光照强度和温湿度，模拟出预设的大气环境；
9、(2)在模拟的大气环境中，启动待校准的传感器，记录各个环境条件下的传感器原始响应数据；
10、(3)将反应箱内的同样气体导入标准仪器进行检测，获取标准测量数据；
11、(4)将传感器的响应数据和标准仪器的测量数据进行对比，计算出偏差，修正传感器的读数，使其能够在相同环境条件下与标准仪器的数据一致；
12、(5)评测校准效果：使用修正后的传感器，在相同或不同的模拟环境下进行测试，记录新的响应数据，比较其与标准仪器的数据差异，对传感器的精度、稳定性以及在各种环境条件下的性能进行评估。
13、在一个方案中，所述的设置环境参数，通过工控机设置预设的气体种类、浓度和湿度值，通过调控阀门和流量计，精确调节各种气体进入反应箱的比例，达到预设气体浓度；
14、湿度的调节通过配气系统加入的水蒸气量；
15、温度的调节由反应箱的温控系统实现；
16、紫外光强度通过调节反应箱内的紫外灯的灯光强度来实现。
17、在一个方案中，所述的传感器原始响应数据，将传感器通过数据线与工控机进行网络连接，受测传感器自动对反应箱内的大气环境进行检测；通过工控机，记录下各个环境条件下的传感器响应数据。
18、在一个方案中，所述的标准测量数据，将标准仪器与反应箱以及工控机进行连接，让标准仪器的测量数据传入工控机，打开连接反应箱和标准仪器之间的阀门，标准仪器开始自动测量流入的气体，对气体中的各种成分、浓度、湿度参数进行检测，并生成相应的标准数据。
19、在一个方案中，所述的测量数据进行对比包括，计算两个数据集的偏差，计算两个数据集之间的平均差异，通过以下公式实现：其中i表示各个测量点，n表示测量点数量；
20、数据校准，采用线性校准调整传感器数据，即在每个数值上加上或减去计算出的偏差，以使传感器数据接近标准数据；
21、线性校准用以下形式的表示：
22、校准后的数据＝a*原始数据+b；
23、其中，a为标准斜率，b为标准截距。
24、在一个方案中，所述的评测校准效果，将新的响应数据与标准仪器的数据进行对比和计算，采用均方误差ms)，用以下公式表示：
25、
26、其中，i代表各个测量点，n代表测量点的数量；
27、评估传感器的精度和稳定性，根据上述的mse来评估，精度越高，mse越小；稳定性可以通过计算传感器在不同时间点，相同环境条件下的测量结果的标准差来评估，标准差越小，稳定性越好。
28、通过上述数据，将传感器在不同气体浓度、湿度、温度以及紫外光强度下的响应数据进行对比，传感器在不同环境条件下的响应是否一致，响应的变化是否与环境条件的变化一致，从而评估传感器的性能。
29、在一个方案中，所述的a和b的值根据传感器数据(x)和标准数据(y)通过线性回归分析得到，在线性回归中，取偏差最小的一条线作为结果，即求解得到y＝ax+b；
30、将得到的斜率和截距(a和b)应用到传感器读数，得到校准后的传感器数据。
31、本专利技术有益效果：
32、1、本专利技术通过调节进气种类、进气浓度及反应箱内的紫外光强度及温湿度，模拟不同条件下的真实大气环境，可以对传感器开展多种情况下的校准及评测；
33、2、本专利技术区别于传统校准方法，可以开展不同环境样品气体的传感器校准及评测工作；
34、3、本专利技术将各部分集成为一套车载系统，可直接开展野外及现场的模拟真实大气环境和标准气体的传感器校准及评测。
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【技术保护点】
1.一种车载的传感器校准、评测系统，其特征在于：包括配气系统、反应箱、标准仪器及工控机；
2.一种车载的传感器校准及评测方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的设置环境参数，通过工控机设置预设的气体种类、浓度和湿度值，通过调控阀门和流量计，精确调节各种气体进入反应箱的比例，达到预设气体浓度；
4.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的传感器原始响应数据，将传感器通过数据线与工控机进行网络连接，对反应箱内的大气环境进行检测；通过工控机，记录下各个环境条件下的传感器响应数据。
5.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的标准测量数据，将标准仪器与反应箱以及工控机进行连接，让标准仪器的测量数据传入工控机，打开连接反应箱和标准仪器之间的阀门，标准仪器开始自动测量流入的气体，对气体中的各种成分、浓度、湿度参数进行检测，并生成相应的标准数据。
6.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的测量数据进行对比包括，计算两个数据集的偏差，计算两个数据集之间的平均差异，通过以下公式实现：其中i表示各个测量点，n表示测量点数量；
7.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的评测校准效果，将新的响应数据与标准仪器的数据进行对比和计算，采用均方误差MS)，用以下公式表示：
8.根据权利要求5所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的a和b的值根据传感器数据(X)和标准数据(Y)通过线性回归分析得到，在线性回归中，取偏差最小的一条线作为结果，即求解得到Y＝aX+b；
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【技术特征摘要】
1.一种车载的传感器校准、评测系统，其特征在于：包括配气系统、反应箱、标准仪器及工控机；
2.一种车载的传感器校准及评测方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的设置环境参数，通过工控机设置预设的气体种类、浓度和湿度值，通过调控阀门和流量计，精确调节各种气体进入反应箱的比例，达到预设气体浓度；
4.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的传感器原始响应数据，将传感器通过数据线与工控机进行网络连接，对反应箱内的大气环境进行检测；通过工控机，记录下各个环境条件下的传感器响应数据。
5.根据权利要求2所述的一种车载的传感器校准及评测方法，其特征在于：所述的标准测量数据，将标准仪器与反应箱以及工控机进行连接，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张岳翀，沈毅成，张凯，陈醇，李俊玲，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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