本发明涉及计量校准，具体是一种温湿度在线测试系统及其方法。
背景技术：
：：1、温湿度传感器是一种监测实验室、生产车间等场所温度和湿度的重要设备，其准确程度会影响到实验结果，产品质量以及从业人员的职业健康，因此，开展温湿度的准确性计量工作很有必要。但是，随着嵌入式技术的发展，很多温湿度传感器在使用过程中无法拆卸下来，这就导致了不能送到监测机构进行温湿度的校准工作。技术实现思路1、为了解决上述问题，本发明提出了一种能够精确计算出被检温湿度传感器的在线误差的温湿度在线测试系统及其方法。2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：3、本发明是一种温湿度在线测试系统，所述系统包括：4、采集模块，用于按照设定的时间间隔采集和保存温湿度数据；5、双向差分模块，用于根据误差数据的变化趋势进行双向差分建模，得到预测值；其中，误差数据是采集模块采集的温湿度数据与被检测仪表采集的温湿度数据之间的差值；6、残差修正模型构建模块，用于计算预测值与误差数据之间的残差，得到残差序列，并根据残差序列再次利用双向差分建模的方式得到修正值；7、误差计算模块，用于进行在线误差计算。8、本发明的进一步改进在于：采集模块包括边缘网关、固态硬盘和数个温湿度传感器，其中，所述边缘网关采用5g通讯或光纤传输的方式，将数个温湿度传感器集成在一起。9、本发明的进一步改进在于：系统支持数据读取与可视化操作，包括通过网页检索的方式检索边缘网关的数据库，进行数据的预览和下载。10、本发明的进一步改进在于：双向差分模块进行的操作包括：11、误差数据变化趋势判别：通过数据可视化的方式，判别误差数据是否呈现出递增或者递减的变化趋势，若是，则进行双向差分建模，双向差分建模过程包括：12、定义数据序列：13、（1）14、对数据序列进行一次、两次累加，得到的序列为：15、（2）16、对数据序列进行次累加，得到：17、（3）18、其中，为数据序列的次累加，为第j个 n-1次累加的数据；19、设一组累加数据序列，其中，满足指数增长的发展趋势，则满足微分方程：20、（4）21、其中，、为常值参数，为累加前的第个数据，为累加后的数据，为累加数据序列；22、得到微分方程的解为：23、（5）24、25、其中，为k次累加得到的第个数据，为一个累加数据，为累加前的第一个数据，e为常数，、为常值参数，为指数；26、利用最小二乘法求解、的值，目标函数为前向差分误差预测和后向差分误差预测的和最小的原则，建立方程组：27、（6）28、其中，、 、、、 为方程组的常数项，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>(</mi><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup></mstyle></mrow></mstyle><mi>]</mi></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>(</mi><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup></mstyle></mrow></mstyle><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>]</mi></mstyle>，，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>v</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn></mrow></mfrac><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><mi>[</mi><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><msup><mi>]</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mstyle>，，29、令，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>v</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>s</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>s</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>v</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>z</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，则根据公式：30、（7）31、其中，为二项式系数，、为矩阵，t为转置；32、计算得到，的值，并带入表达式（5）中，得到一组预测值。33、本发明的进一步改进在于：误差计算模块包括如下计算：34、（8）35、其中，为误差计算值，为双向差分模型的预测值，为二次双向差分的修正值。36、本发明是一种温湿度在线测试方法，包括如下操作：37、温湿度传感器按照预设的时间间隔进行数据采集，并将采集到的温湿度数据实时传送至边缘网关进行保存，且同步记录被检测仪表采集的温湿度数据；38、监测误差数据的变化趋势，在误差数据呈现递增或递减的变化趋势时，进行双向差分建模得到双向差分模型，由双向差分模型得到预测值，其中，误差数据为温湿度传感器采集的温湿度数据与被检测仪表记录的温湿度数据之间的差值；39、进行二次双向差分修正，包括计算预测值与误差数据之间的残差，得到残差序列，根据残差序列，再次利用双向差分建模的方式得到修正值；40、结合预测值和修正值，进行在线误差计算。41、本发明的进一步改进在于：边缘网关采用5g通讯或光纤传输的方式，集成多个温湿度传感器，在进行温湿度在线测试时，将任意一个温湿度传感器与被检测仪表放置在一起，设定采集数据的时间间隔，稳定10min后开始读数，采集不少于12个时间段的温湿度数据。42、本发明的进一步改进在于：监测误差数据变化趋势时，若误差数据波动相对平稳，则根据计算平均值的方式直接计算误差。43、本发明的进一步改进在于：双向差分建模的过程包括：44、定义数据序列：45、（9）46、对数据序列进行一次、两次累加，得到的序列为：47、（10）48、对数据序列进行次累加，得到：49、（11）50、其中，为数据序列的次累加，为第j个 n-1次累加的数据；51、设存在一组累加数据序列，其中，满足指数增长的发展趋势，则满足微分方程：52、（12）53、其中，、为常值参数，为累加前的第个数据，为累加后的数据，为累加数据序列；54、得到微分方程的解为：55、（13）56、57、其中，为k次累加得到的第个数据，为一个累加数据，为累加前的第一个数据，e为常数，、为常值参数，为指数；；58、利用最小二乘法求解、的值，目标函数为前向差分误差预测和后向差分误差预测的和最小的原则，建立方程组：59、（14）60、其中，、 、、、 为方程组的常数项，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>(</mi><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup></mstyle></mrow></mstyle><mi>]</mi></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>(</mi><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></mfrac><mi>[</mi><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>(</mi><mn>0</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup></mstyle></mrow></mstyle><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>]</mi></mstyle>，，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mi>v</mi><mn>1</mn></msub><mi>=</mi><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>2</mn></mrow></mfrac><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mi>=</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mi>−</mi><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><mi>[</mi><msubsup><mi>x</mi><mi>k</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><msup><mi>]</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mstyle>， 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技术特征：1.一种温湿度在线测试系统，其特征在于：所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种温湿度在线测试系统，其特征在于：所述采集模块包括边缘网关、固态硬盘和数个温湿度传感器，其中，所述边缘网关采用5g通讯或光纤传输的方式，将数个温湿度传感器集成在一起。
3.根据权利要求1所述的一种温湿度在线测试系统，其特征在于：所述系统支持数据读取与可视化操作，包括通过网页检索的方式检索边缘网关的数据库，进行数据的预览和下载。
4.根据权利要求1所述的一种温湿度在线测试系统，其特征在于：所述双向差分模块进行的操作包括：
5.根据权利要求1所述的一种温湿度在线测试系统，其特征在于：所述误差计算模块进行的计算包括：
6.一种温湿度在线测试方法，其特征在于：包括如下操作：
7.根据权利要求6所述的一种温湿度在线测试方法，其特征在于：所述边缘网关采用5g通讯或光纤传输的方式，集成多个温湿度传感器，在进行温湿度在线测试时，将任意一个温湿度传感器与被检测仪表放置在一起，设定采集数据的时间间隔，稳定10min后开始读数，采集不少于12个时间段的温湿度数据。
8.根据权利要求6所述的一种温湿度在线测试方法，其特征在于：所述监测误差数据变化趋势时，若误差数据波动相对平稳，则根据计算平均值的方式直接计算误差。
9.根据权利要求6所述的一种温湿度在线测试方法，其特征在于：所述双向差分建模的过程包括：
10.根据权利要求9所述的一种温湿度在线测试方法，其特征在于：所述误差计算的表达式为：
技术总结本发明公开了一种温湿度在线测试系统及其方法，系统包括：采集模块，用于采集和保存温湿度数据；双向差分模块，用于根据误差数据变化趋势进行双向差分建模，得到预测值；残差修正模型构建模块，用于计算预测值与误差数据之间的残差，得到残差序列，并根据残差序列利用双向差分建模的方式得出修正值；误差计算模块，用于进行误差计算。本发明能够精确计算出被检仪表的在线误差，解决了企业针对不可拆卸的温湿度传感器无法溯源的难题。
技术研发人员：冯鑫,周沁宇,周刚,袁浩,李磊,李舒
受保护的技术使用者：南京市计量监督检测院
技术研发日：技术公布日：2024/5/29
