CN109115257A - 传感器特性曲线的修正方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器特性曲线的修正方法、装置、设备及存储介质。其中该方法包括：获取传感器的样本点数据；根据样本点数据确定拟合直线；按照预设顺序，根据当前样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；根据起始点与截止点之间的样本点对拟合直线进行修正，得到修正后的传感器特性曲线。本发明能够保证所确定的起止点的准确性，进而根据起止点修正特性曲线，修正后的特性曲线能够更为准确地表征传感器特性，为传感器校准提供较为准确的参考数据。

Description

传感器特性曲线的修正方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及传感器技术，尤其涉及一种传感器特性曲线的修正方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

传感器作为一种检测装置，能够获取被测量的信息，并将其按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的静态特性可以使用不含时间变量的代数方程描述，或者以输入量作为横坐标，对应的输出量作为纵坐标画出的特性曲线描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，传感器的特性曲线为先高后低，最终趋于稳定(线性区间)，其线性区间是传感器特性的表征，可以利用线性特征数据来实现对传感器的校准等操作。因此，准确找出传感器特性曲线的线性区间的起止点，对特性曲线进行修正，以更为准确地表征传感器特性，对研究传感器的性质尤为重要。

目前，一般通过在特性曲线中找到斜率较小的区间作为线性区间，或者删除输出值高于某值的数据，将剩下的数据所对应的曲线(或直线)作为线性区间。但是上述方法仅仅是粗略地确定线性区间，准确度不高，可能会影响传感器的校准。

发明内容

本发明提供一种传感器特性曲线的修正方法、装置、设备及存储介质，能够更为精确地确定线性区间的起止点，为传感器校准提供较为准确的参考数据。

第一方面，本发明实施例提供了一种传感器特性曲线的修正方法，包括：

获取传感器的样本点数据；

根据所述样本点数据确定拟合直线；

按照预设顺序，根据当前样本点与所述拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

根据所述起始点与所述截止点之间的样本点对所述拟合直线进行修正，得到修正后的传感器特性曲线。

第二方面，本发明实施例还提供了一种传感器特性曲线的修正装置，包括：

数据获取模块，用于获取传感器的样本点数据；

拟合直线确定模块，用于根据所述样本点数据确定拟合直线；

起止点确定模块，用于按照预设顺序，根据当前样本点与所述拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

曲线修正模块，用于根据所述起始点与所述截止点之间的样本点对所述拟合直线进行修正，将修正后的曲线作为所述传感器的特性曲线。

第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任意实施例所述的传感器特性曲线的修正方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的传感器特性曲线的修正方法。

本发明根据样本点确定拟合直线，然后按照预设顺序利用样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定线性区间的起止点，而不是简单通过斜率或者阈值确定起止点，能够保证所确定的起止点的准确性，进而根据起止点修正特性曲线，修正后的特性曲线能够更为准确地表征传感器特性，为传感器校准提供较为准确的参考数据。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的传感器特性曲线的修正方法的流程图；

图2是本发明实施例三提供的传感器线性空间起止点的示意图一；

图3是本发明实施例三提供的传感器线性空间起止点的示意图二；

图4是本发明实施例四提供的传感器特性曲线的修正装置的结构框图；

图5是本发明实施例五提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的传感器特性曲线的修正方法的流程图，本实施例可适用于确定传感器特性曲线的线性区间的起止点(包括起始点和截止点)以及修正传感器特性曲线的情况，该方法可以由传感器特性曲线的修正装置来执行，例如，具有处理和计算功能的设备。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤110，获取传感器的样本点数据。

其中，可以通过对传感器进行试验，获取传感器的输入值及其对应的输出值，在坐标系中输入值(对应于X坐标)及其对应的输出值(对应于Y坐标)构成一个点，样本点数据是指样本点的坐标数据。根据这些样本点数据可以初步描绘出传感器特性曲线，但是该特性曲线未必能准确表征传感器的特性，需要进行修正。

步骤120，根据样本点数据确定拟合直线。

本步骤可以使用现有的直线拟合方法，例如，利用最常见的最小二乘法对样本点数据进行直线拟合，当然，也可以使用其他直线拟合方法。优选的，可以先对样本点数据进行初步预处理：先对样本点进行直线拟合(可以使用最小二乘法)得到一条直线，利用点与直线的偏差排除偏差较大的样本点，完成初步的异常数据排除，然后基于剩下的样本点再次进行直线拟合，得到最终的拟合直线，由此可以消除异常数据的干扰。

步骤130，按照预设顺序，根据当前样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点。

其中，预设顺序以坐标系为基准进行描述，例如，从左到右或者从右到左，具体顺序可以根据所要确定的是起始点还是截止点决定，例如，确定起始点所对应的预设顺序是从左到右，确定截止点所对应的预设顺序是从右到左。预设阈值可以根据所有样本点的值域(Y坐标值)进行设置，该值越小精度越高，该值越大精度越低，例如，值域在20至50之间，则预设阈值可以设置为3；又如，值域在400至1000之间，则预设阈值可以设置为10。

具体的，可以根据偏差与预设阈值的大小确定起止点。可以采用公式D＝|kx_i+b-y_i|计算样本点与拟合直线的偏差D，其中，拟合直线方程为y＝kx+b，k和b均为直线的常数，k≠0；样本点i的坐标为(x_i,y_i)。以从左到右的顺序为例，可以将与拟合直线的偏差小于预设阈值的第一个样本点，作为线性区间的起始点；以从右到左的顺序为例，可以将与拟合直线的偏差小于预设阈值的第一个样本点，作为线性区间的截止点。

步骤140，根据起始点与截止点之间的样本点对拟合直线进行修正，得到修正后的传感器特性曲线。

其中，可以根据起始点与截止点之间的样本点重新进行直线拟合，得到修正后的线性区间，该线性区间与原特性曲线中非线性区间部分结合，便可得到修正后的传感器特性曲线。

本实施例的技术方案，根据样本点确定拟合直线，然后按照预设顺序利用样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定线性区间的起止点，而不是简单通过斜率或者阈值确定起止点，能够保证所确定的起止点的准确性，进而根据起止点修正特性曲线，修正后的特性曲线能够更为准确地表征传感器特性，为传感器校准提供较为准确的参考数据。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例提供了步骤130中确定线性区间起止点的一种优选实施方式，包括如下步骤：

(1)计算当前样本点与拟合直线的偏差。

优选的，可以采用以下公式计算样本点与拟合直线的偏差D：D＝|kx_i+b-y_i|，其中，拟合直线方程为y＝kx+b，k和b均为直线的常数，k≠0；样本点i的坐标为(x_i,y_i)。

(2)判断上述偏差是否小于预设阈值。

(3)如果上述偏差小于预设阈值，则按照预设顺序获取当前样本点预设侧的第一预设个数的样本点。

其中，预设侧可以是左侧或者右侧，具体可以根据所要确定的是起始点还是截止点决定。第一预设个数可以根据实际情况进行设置，具体可以根据所有样本点的个数确定，例如，一共有40个样本点，第一预设个数可以设置为10。例如，确定起始点时，获取当前样本点右侧10个样本点；确定截止点时，获取当前样本点左侧10个样本点。

(4)分别获取第一预设个数的样本点与拟合直线的偏差，并统计偏差小于预设阈值的样本点个数。

(5)比较样本点个数与第二预设个数的大小。

(6)如果样本点个数超过第二预设个数，则根据预设顺序确定当前样本点作为线性区间的起始点或截止点。

其中，第二预设个数小于或等于第一预设个数，可以根据实际情况进行设置，例如，第二预设个数可以设置为8。如果预设顺序是从左到右，则确定当前样本点作为起始点；如果预设顺序是从右到左，则确定当前样本点作为截止点。

本优选实施方式中，针对当前样本点，增加其连续位置点的判断，即步骤(3)至(6)中当前样本点预设侧的第一预设个数的样本点，由此可排除噪声的干扰，更为精确地确定线性区间的起止点。

实施例三

本实施例在上述实施例一和二的基础上，提供了步骤120中根据样本点数据确定拟合直线的优选实施方式，拟合精度较高。具体包括如下步骤：

(1)在样本点数据中提取纵坐标值小于中值的样本点。

其中，中值可以是样本点Y轴数值的中位数。基于传感器特性数据先高后低，稳定区间为数值低区间的特点，本步骤能够排除非所需区间的点。

(2)对提取的样本点进行分段。

其中，可以按照X轴数据对样本点进行分段，因为线性空间的Y轴数据变化太小，无法区分。可以按照预设分段区间对提取的样本点进行分段，预设分段区间是等分区间或不等分区间。对于等分区间，预设分段区间可以设置成所划分的段数，也可以设置成每一段包含的样本点个数。对于不等分区间，预设分段区间可以设置成分界位置，具体可通过数组进行设定，例如使用aisplit[4]＝{8,15,28,35}表征分界位置，这表示4个分界点分别为8、15、28、35，不等分为5段。划分的段数越多，精度越高，但计算量越大，划分的段数越少，计算越粗糙，但计算量少，在实际应用中，可根据具体需求权衡计算量与精度。

(3)分别对每段样本点进行直线拟合，得到对应的直线。具体可以使用现有直线拟合方法，例如最小二乘法。

(4)针对每一条直线，分别计算每段样本点中的每个样本点与该直线的偏差，并统计该直线下偏差小于预设阈值的样本点个数。偏差小于预设阈值，可以认为样本点落在直线上。

(5)确定最大样本点个数所对应的直线作为拟合直线。具体的，如果有多个最大值，则根据最大值对应的所有样本点重新进行直线拟合，作为最终的拟合直线。

根据上述实施例一至三可知，本发明预设四个控制参数：预设分段区间、预设阈值、第一预设个数和第二预设个数。控制参数可以根据不同的传感器情况进行设置。通过调整控制参数，可以更改查找起止点的精度。如图2和3所示，为使用不同的控制参数所确定的同一传感器的线性区间起止点，起止点如图中圆圈所示，图中横坐标表示输入值，纵坐标表示输出值。由图2和图3可知，同一传感器使用不同的控制参数，确定的起止位置是不同的。本实施例可根据具体的样本数据改变控制参数，从而能够适用于查找各种传感器的线性区间起止点。

下面结合优选实例对上述传感器特性曲线的修正方法进行说明。

控制参数设置如下：ilen＝8；idelta＝10；ilenlast＝10；ifitnum＝8。其中，ilen表示分区间长度；idelta表示预设阈值，即样本点跟拟合直线的偏差的控制参数；ilenlast表示第一预设个数；ifitnum表示第二预设个数。

步骤一、对传感器特性数据(即样本点)进行分段。

步骤二、对每段数据进行直线拟合，然后对所有的样本点，统计其在每段直线上满足如下条件的点的个数，作为该直线的特征值：

1)样本点与直线的偏差小于idelta；其中可以将样本点的横坐标x代入直线方程，求取Y值，然后计算Y与样本点的纵坐标y的差值的绝对值，作为样本点与直线的偏差；

2)样本点的纵坐标值在中值以下(样本点最大值和平均值的中间值)，可排除非所需区间的点。

步骤三、选取步骤二中特征值最大的那段直线作为最终拟合的直线。

步骤四、从左到右查找起始点。判断当前样本点是否满足如下条件：

1)当前样本点与拟合直线的偏差小于idelta；

2)当前样本点右侧ilenlast个点中，满足条件1)的点的个数超过阈值ifitnum。

若满足上述条件，则确定当前样本点为起始点。

步骤五、从右到左查找截止点。判断当前样本点是否满足如下条件：

1)当前样本点与拟合直线的偏差小于idelta；

2)当前样本点左侧ilenlast个点中，满足条件1)的点的个数超过阈值ifitnum。

若满足上述条件，则确定当前样本点为截止点。

步骤六、根据起止点之间的样本点，再次进行直线拟合，由此可以得到修正的传感器特性曲线。例如，每段有8个样本点，步骤三确定的拟合直线也是根据8个点得到的，如果起止点之间有20个点，则根据这20个点重新拟合，从而可以得到更为精确的直线。

实施例四

本实施例提供了一种传感器特性曲线的修正装置，可以用于实现上述实施例一至三所述的传感器特性曲线的修正方法。如图4所示，该装置包括：数据获取模块410、拟合直线确定模块420、起止点确定模块430和曲线修正模块440。

数据获取模块410，用于获取传感器的样本点数据；

拟合直线确定模块420，用于根据样本点数据确定拟合直线；

起止点确定模块430，用于按照预设顺序，根据当前样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

曲线修正模块440，用于根据起始点与截止点之间的样本点对拟合直线进行修正，将修正后的曲线作为传感器的特性曲线。

本实施例的技术方案，根据样本点确定拟合直线，然后按照预设顺序利用样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定线性区间的起止点，而不是简单通过斜率或者阈值确定起止点，能够保证所确定的起止点的准确性，进而根据起止点修正特性曲线，修正后的特性曲线能够更为准确地表征传感器特性，为传感器校准提供较为准确的参考数据。

优选的，起止点确定模块430可以包括：

偏差计算单元，用于计算当前样本点与拟合直线的偏差；

判断单元，用于判断所述偏差是否小于预设阈值；

样本点获取单元，用于在偏差小于预设阈值的情况下，按照预设顺序获取当前样本点预设侧的第一预设个数的样本点；

个数统计单元，用于分别获取第一预设个数的样本点与拟合直线的偏差，并统计偏差小于预设阈值的样本点个数；

比较单元，用于比较样本点个数与第二预设个数的大小；

起止点确定单元，用于在样本点个数超过第二预设个数的情况下，根据预设顺序确定当前样本点作为线性区间的起始点或截止点。

其中，起止点确定单元具体用于：在预设顺序是从左到右的情况下，确定当前样本点作为起始点；以及在预设顺序是从右到左的情况下，确定当前样本点作为截止点。

优选的，偏差计算单元具体可以采用以下公式计算样本点与拟合直线的偏差D：D＝|kx_i+b-y_i|，其中，拟合直线方程为y＝kx+b，k和b均为直线的常数，k≠0；样本点i的坐标为(x_i,y_i)。

此外，拟合直线确定模块420可以包括：

样本点提取单元，用于在样本点数据中提取纵坐标值小于中值的样本点；

样本点分段单元，用于对提取的样本点进行分段；

直线拟合单元，用于分别对每段样本点进行直线拟合，得到对应的直线；

计算单元，用于针对每一条直线，分别计算每段样本点中的每个样本点与该直线的偏差，并统计该直线下偏差小于预设阈值的样本点个数；

拟合直线确定单元，用于确定最大样本点个数所对应的直线作为拟合直线。

其中，样本点分段单元具体用于按照预设分段区间对提取的样本点进行分段，其中，预设分段区间是等分区间或不等分区间。

本发明实施例所提供的传感器特性曲线的修正装置可执行本发明任意实施例所提供的传感器特性曲线的修正方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例五

图5是本发明实施例五提供的设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540；设备中处理器510的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器510为例；设备中的处理器510、存储器520、输入装置530和输出装置540可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器520作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的传感器特性曲线的修正方法对应的程序指令/模块(例如，传感器特性曲线的修正装置中的数据获取模块410、拟合直线确定模块420、起止点确定模块430和曲线修正模块440。)。处理器510通过运行存储在存储器520中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的传感器特性曲线的修正方法。

存储器520可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器520可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器520可进一步包括相对于处理器510远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置530可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置540可包括显示屏等显示设备。

实施例六

本发明实施例六提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行一种传感器特性曲线的修正方法，该方法包括：

获取传感器的样本点数据；

根据样本点数据确定拟合直线；

按照预设顺序，根据当前样本点与拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

根据起始点与截止点之间的样本点对拟合直线进行修正，得到修正后的传感器特性曲线。

当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其程序被执行时不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的传感器特性曲线的修正方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述传感器特性曲线的修正装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

综上所述，本发明实施例的技术方案并不涉及复杂的算法，计算简单，时间复杂度低。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种传感器特性曲线的修正方法，其特征在于，包括：

获取传感器的样本点数据；

根据所述样本点数据确定拟合直线；

按照预设顺序，根据当前样本点与所述拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

根据所述起始点与所述截止点之间的样本点对所述拟合直线进行修正，得到修正后的传感器特性曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前样本点与所述拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点，包括：

计算所述当前样本点与所述拟合直线的偏差；

判断所述偏差是否小于所述预设阈值；

如果所述偏差小于所述预设阈值，则按照所述预设顺序获取所述当前样本点预设侧的第一预设个数的样本点；

分别获取所述第一预设个数的样本点与所述拟合直线的偏差，并统计偏差小于所述预设阈值的样本点个数；

比较所述样本点个数与第二预设个数的大小；

如果所述样本点个数超过所述第二预设个数，则根据所述预设顺序确定所述当前样本点作为所述线性区间的起始点或截止点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述预设顺序确定所述当前样本点作为所述线性区间的起始点或截止点，包括：

如果所述预设顺序是从左到右，则确定所述当前样本点作为起始点；

如果所述预设顺序是从右到左，则确定所述当前样本点作为截止点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述样本点数据确定拟合直线，包括：

在所述样本点数据中提取纵坐标值小于中值的样本点；

对提取的样本点进行分段；

分别对每段样本点进行直线拟合，得到对应的直线；

针对每一条直线，分别计算所述每段样本点中的每个样本点与该直线的偏差，并统计该直线下偏差小于预设阈值的样本点个数；

确定最大样本点个数所对应的直线作为所述拟合直线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对提取的样本点进行分段，包括：

按照预设分段区间对所述提取的样本点进行分段，其中，所述预设分段区间是等分区间或不等分区间。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算样本点与拟合直线的偏差D：

D＝|kx_i+b-y_i|，

其中，拟合直线方程为y＝kx+b，k和b均为直线的常数，k≠0；样本点i的坐标为(x_i,y_i)。

7.一种传感器特性曲线的修正装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取传感器的样本点数据；

拟合直线确定模块，用于根据所述样本点数据确定拟合直线；

起止点确定模块，用于按照预设顺序，根据当前样本点与所述拟合直线的偏差、预设阈值确定传感器特性曲线的线性区间的起始点和截止点；

曲线修正模块，用于根据所述起始点与所述截止点之间的样本点对所述拟合直线进行修正，将修正后的曲线作为所述传感器的特性曲线。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述起止点确定模块包括：

偏差计算单元，用于计算所述当前样本点与所述拟合直线的偏差；

判断单元，用于判断所述偏差是否小于所述预设阈值；

样本点获取单元，用于在所述偏差小于所述预设阈值的情况下，按照所述预设顺序获取所述当前样本点预设侧的第一预设个数的样本点；

个数统计单元，用于分别获取所述第一预设个数的样本点与所述拟合直线的偏差，并统计偏差小于所述预设阈值的样本点个数；

比较单元，用于比较所述样本点个数与第二预设个数的大小；

起止点确定单元，用于在所述样本点个数超过所述第二预设个数的情况下，根据所述预设顺序确定所述当前样本点作为所述线性区间的起始点或截止点。

9.一种设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至6中任一所述的传感器特性曲线的修正方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一所述的传感器特性曲线的修正方法。