基于最小二乘法的智能校验方法

　　1　引　言

　　众所周知,任何仪器都必须进行周期性校验,以保证其额定精度的合法性,无内置微计算机的传统仪器的校验通常采用与更高一级的同类仪器对比测量来实现,测量的数据也是靠人工进行观测、记录和处理的。这种校验方法不但费时费力,而且校验后,在使用中还要反复查对鉴定部门给出的误差修正值表,给用户造成很大的不便。现提供了一种先进而方便的智能校验方法[1]。校验时微处理器发出指令使开关接到基准源上(仪器自带的标准基准或外部基准),此时仪器的输入为标准值,仪器将对这一标准值的测量值存入仪器内的非易失性的FLASH中,作为表内标准,从而可以在以后的各次的实际测量中,仪器自动用这一标准值对测量值进行修正。修正值一般是一些离散的测定值,需要用曲线拟合的方法得到校验曲线的回归方程,现主要介绍基于最小二乘法的曲线拟合方法[2]。

　　2　检测仪器的智能校验方法

　　各种仪器都存在不同程度的系统误差,所谓系统误差是指在相同条件下,多次测量同一量时,其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。恒定不变的误差称为恒定系统误差[3],例如校验仪器存在的固有误差、仪器的基准误差。按一定规律变化的误差称为变化系统误差,例如仪器的零点和放大倍数的漂移。

　　克服系统误差与抑制随机扰动不同,系统误差不能依靠统计平均的方法来消除,不能像抑制随机干扰那样寻出一些普遍适用的处理方法,而只能针对某一具体情况在测量技术上采取一定的措施。克服系统误差通常采用离线处理方法来确定校验算法和数学表达式,在线测量时利用这个校验算法对系统误差进行修正。现利用连续函数拟合的校准方法,来消除和减弱系统误差对测量结果的影响。用连续函数拟合,首先要确定拟合函数的类型,通常根据人们所研究对象的了解来进行选择。若事先缺乏了解,则可根据曲线的外型来估算函数形式。过去,在校准无内置微机的传统仪器时,信号源的输出的改变和被校仪器功能、量程的设定等都是靠手动调节的,当被校仪器超差时,需手动调节仪器内部的许多可调元器件的参数(可调电阻、可调电容、可调电感),来使其示值向标准源的示值靠拢。与传统的手动校准不同,智能校验方法是在控制器的程控命令指挥下,校准完全可以自动进行,它有如下特点:不需要象传统仪器那样,手动调节被校仪器的输入信号,也不需要打开机箱手动调节仪器内部的可调元器件,而是在程序控制下自动完成,无需人的介入。

　　智能校验方法电路结构如图1,该电路的输入部分有一个多路开关,由仪器内的微计算机控制。校准时先把开关接到地,测出这时的输出x0,然后把开关接到基准信号Ui(i=1,2,…,n),测量输出值xi,并将x0和xi存入内存中,通过程序控制,运用最小二乘法进行曲线拟合可得到校验回归方程。在测量过程中,利用该方程对测量结果进行校正,从而消除仪器误差。由于采用这种方法进行测量只要求仪器具有很好的短期稳定度,因此可大大降低对电路器件的要求。