[发明专利]一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法

说明书

本发明公开了一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法，先采集原始信号序列{x_k}，再计算原始信号序列{x_k}的初始时刻相位根据初始时刻相位得到原始信号的离散表达式，进而确定校准区间，在校准区间内，建立采样值与理论值的映射关系，根据映射关系对这些离散点进行样条插值处理，得到一条光滑曲线G(x”)，最后在校准区间内利用G(x”)中从而完成所有采样点的校准。

技术领域

本发明属于测量仪器校准技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法。

背景技术

电子测量仪器在测量领域发挥着重要作用，而校准是电子测量仪器的关键所在。校准是指在一定条件下，获取的采样值与相应的被测真实值之间关系的一组操作，最终目的使得已知被测量值逼近真实值。在电子测量仪器的生产出产和定期维护过程中，校准是控制测量仪器精度的一个重要手段。

由于外接的传感器存在非线性误差，其非线性误差曲线如图1所示，这样导致标准源的理论数据和实测数据存在一定的误差，具体如图2所示，因此需要通过校准技术对非线性系统做线性处理。

分段校准是现代校准技术的一个重要组成部分。传统对数据范围为X_min～X_max进行N段校准，每段的量程为，对每个范围的左转折点和右转折点进行单点校准，N段就需要对N+1个点进行校准。校准过程中，用户需要对每个转折点进行一次手工操作，所有分段转折点都完成校准后，对转折点采用拟合或者插值的方法便可得到校准曲线，需要测量的点根据校准曲线进行计算。该方法的优点在于针对非线性的映射关系进行了特殊处理，相比整体单段校准提高了精度。

采用传统分段线性拟合对系统进行校准时，会遇到以下问题：

1)难以在精度和校准效率上同时取得满意效果，因为提高校准效率就意味着减少校准点数，也就降低了校准精度。

2)传统分段的方法是通过个人经验来分段，需要人工确定校准点数和校准点位置。

3)操作繁琐，校准过程需要多次设置标准源输出和被校准设备，这很大程度上增加了校准的工作量，也增加了人工操作失误的概率。当校准不达标时就重新分段校准，”校准-测试”这个过程可能要重复很多次。

因此，鉴于传统校准方法存在不好确定校准点数和校准点位置、手工校准繁琐、整体测量范围难以保证校准精度等缺点，本专利提出了一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法，只需要用户在界面输入当前校准源的有效值数据，即使增加的校准点数(这样可以提高精度)，也只需操作一次就可以完成仪器的校准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法，只需操作人员配置校准源输出正弦波，设置一次其有效值(或最大值)就可以自动完成仪器标定，避免反复操作校准源和被校设备，提高了校准效率。

为实现上述发明目的，本发明一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、设置标准源输出频率f_b和最大值为A_m的正余弦波，校仪器采集的原始信号序列{x_k}，k＝0,1,2,…,N*M-1，共N个采样周期，每个采样周期有M个采样点，采样率为f_s，采样周期T_s＝1/f_s，采集的原始信号的频率

(2)、计算原始信号序列{x_k}的初始时刻相位

对原始信号序列{x_k}进行傅里叶变换：

将f＝f_b代入到式(1)中，得：