一种用于烟雾探测器光学模块的温度校准和补偿方法

本发明涉及光电式烟雾探测器相关，具体涉及一种用于烟雾探测器光学模块的温度校准和补偿方法。

背景技术：

1、光电式烟雾探测器是日常生活中常见的电子设备，广泛布局于公共场所、办公室以及家庭场合，因为其工作环境比较好，大多数市售的光电式烟雾探测器的工作温度范围为-10℃～55℃或者略宽的范围。

2、新兴市场对光电式烟雾探测器也有着非常强劲的需求，典型需求来自于电力电子中的开关柜、新能源汽车、储能等领域。这些应用均要求光电式烟雾探测器不但能在室温环境中表现优异，而且需要在全工作温度范围内表现良好，这给光电式烟雾探测器的设计提出了更高的要求。由于光学器件无论是发光管还是接收管，其指标大部分是常温下的测量值，但在低温和高温环境下的漂移很大，如果不做校准和补偿而直接使用的话会导致系统误差很大，甚至严重到影响系统性能。

3、但是目前的光电式烟雾探测器的校准主要使用烟雾或气溶胶校准的方式，用于标定报警阈值和灵敏度；低端的设计只使用烟雾进行标定，高端的设计采用两个或多个不同浓度的气溶胶进行标定。由于烟雾和气溶胶发生器每次产生的烟雾和气溶胶浓度有所不同，导致了主要的系统误差。另外上述校准均只是常温校准，如果是全温度范围校准则很难继续使用烟雾或者气溶胶，而且校准的效率很低。因此当前亟需设计一种全新的校准方法，既能提高校准的效率也能提高校准的精度，特别是全温度范围的校准精度。

技术实现思路

1、为了解决上述内容中提到的问题，本发明提供了一种用于烟雾探测器光学模块的温度校准和补偿方法，其通过对整个光学模块进行校准和补偿，能够兼顾到发光管和接收管的误差以及相关的系统部件如迷宫等的影响作用，大大提高了校准的效率和精度，尤其是实现了全温度范围的校准和补偿。

2、其技术方案是这样的：

3、一种用于烟雾探测器光学模块的温度校准和补偿方法，其特征在于：所述方法包括对光学模块进行常温校准和全温度校准；

4、所述光学模块具体为：包括发光管、接收管以及稳定光学环境的组合。

5、进一步的，所述常温校准具体为：在常温rt环境下，对m个光学模块进行校准，其中首先针对每个光学模块，发光管通过驱动不同的电流iled＝[iled1,iled2,…,iledi,…,iledn]，同时采集相应的接收管电流ipd＝[ipd1,ipd2,…,ipdi,…,ipdn],n为自然数且n≥1，i为自然数且1≤i≤n；对ipd进行数据拟合，以典型发光管驱动电流iledi为基准，获得拟合函数y＝a(x-iledi)+b，其中y为ipd，x为iled，a和b是系数；

6、然后获得m个光学模块的接收管电流平均值m为自然数且m≥100；对进行数据拟合，以典型发光管驱动电流iledi为基准，获得拟合函数其中为x为iled，和是系数；

7、然后分别获得每个光学模块的校准和补偿系数

8、最后分别对每个光学模块的数据y进行校准和补偿，校准和补偿后的值为

9、经过常温校准后，所有的光学模块在典型发光管驱动电流iledi下接收管电流ipdi被补偿到平均值从数学函数上看当x＝iledi时针对所有光学模块及其平均值的拟合函数均通过点。

10、进一步的，所述全温度校准具体为：使用典型发光管驱动电流iledi作为驱动电流，对m个光学模块在不同温度下进行校准，其中首先针对每个光学模块至少选取三个温度点y＝[lt,rt,ht],均使用iledi作为发光管驱动电流，同时采集相应的接收管电流ipd′＝[ipdl′t,ipd′rt,ipd′ht]；

11、分别对每个光学模块的ipd′进行数据拟合，获得拟合函数y′＝ex2+fx+h，其中y′为ipd′，x为t温度区间里的某个值，e、f、h是多项式系数。

12、然后分别获取每个光学模块的校准和补偿系数c′＝[c′lt,c′rt,c′ht]＝y′rt/y′，其中y′rt为x＝rt时y′的值，系数c′对应于温度t。系数c′的每个值是对应温度条件下的接收管电流相对于其自身在常温条件下接收管电流的系数。最后分别对每个光学模块的数据y′进行校准和补偿，校准和补偿后的值为y″＝c′y′,每个温度点的补偿系数可由拟合函数计算获得。

13、经过全温校准后，所有的光学模块在不同的温度下接收管电流被补偿到常温数值。

14、进一步的，所述全温度校准包括逐个校准方法和预估法校准两种方法，逐个校准顾名思义即对每个光学模块进行高低温测试并补偿，以获得最高的性能；预估法校准不对每个模块进行高低温测试并补偿，而是利用测试获得的在每个温度点的平均系数进行补偿以获得最高的性价比和效率，两者二选一执行。

15、进一步的，采用预估法校准，具体为：对测试获得的m个光学模块的接收管电流求取平均值m为自然数且m≥100；对进行数据拟合，获得拟合函数其中为x为t温度区间里的某个值，是多项式系数。

16、此时所有的光学模块在温度t条件下的校准和补偿系数其中为x＝rt时拟合函数的值，为x＝t时拟合函数的值，系数c′的每个值是对应温度条件下的接收管电流相对于其自身在常温条件下接收管电流的系数；最后分别对每个光学模块的数据y′进行校准和补偿，校准和补偿后的值为y″＝c′y′，每个温度点的补偿系数亦由拟合函数计算获得。

17、进一步地，虽然常温校准和全温校准可以单独进行但只有在结合使用时才能发挥出最大效果，两者结合使用时的公式为递推的，先进行常温校准y′＝cy，然后进行全温校准y″＝c′y′。

18、进一步的，针对所有光学模块的接收管电流ipd进行数理统计，得到其一个标准差1δ到三个标准差3δ的分布情况，再进行多项式拟合出满足3δ的数据边界，获得的边界函数为y21＝e21x2+f21x+h21和y22＝e22x2+f22x+h22，其中x为发光管驱动电流，e21、f21、h21、e22、f22、h22均为系数，这个函数边界可以作为产品一致性控制的依据，对边界之外的光学模块做品控处理，对边界之内的光学模块进行校准。如果基于3δ数据边界的数据不能满足产品的一致性要求，则进一步约束数据边界。

19、进一步的，针对所有光学模块的接收管电流ipd′进行数理统计，得到其一个标准差1δ到三个标准差3δ的分布情况，再进行多项式拟合出满足3δ的数据边界，默认采用两阶函数，获得的边界函数为y11＝e11x2+f11x+h11和y12＝e12x2+f12x+h12，其中x为温度t，e11、f11、h11、e12、f12、h12均为系数，这个函数边界可以作为产品一致性控制的依据，对边界之外的光学模块做品控处理，对边界之内的光学模块进行校准。如果基于3δ数据边界的数据不能满足产品的一致性要求，则进一步约束数据边界。

20、进一步的，如果常温校准只使用一种发光管驱动电流，则是进行单点的驱动电流校准，默认的常温校准只校准了一个发光管驱动iledi，且校准后的拟合函数过点即x＝iledi电流点对应的接收管平均电流每个光学模块函数曲线的斜率系数d是不同的，如果要进行多个发光管电流的校准则进一步对每个光学模块拟合函数中的斜率系数d补偿为平均斜率补偿系数为补偿后的系数d′＝cd×d；原常温校准函数修正为y″是对每个发光管电流补偿的结果，即补偿到每个发光管电流对应的接收管电流的均值。

21、进一步的，如果全温度校准使用的发光管驱动电流为零，则进行暗电流校准。

22、进一步的，全温度校准默认需要被校准设备支持温度检测，在-40℃～+85℃温度范围内的检测误差在±5℃以内。

23、本发明的有益效果为：

24、1、本发明通过对整个光学模块进行校准和补偿，能够兼顾到发光管和接收管的误差以及相关的系统部件如迷宫等的影响作用，大大提高了校准的效率和精度，尤其是实现了全温度范围的校准和补偿，使得光电式烟雾探测器在全工作温度范围内表现良好，提升了产品性能。

25、2、本发明的方法适用于任何种类的光电式烟雾探测器，如传统的立式迷宫、卧式迷宫以及最新的反射式迷宫，其中光学模块指的是包括发光管和接收管以及提供稳定光学环境的组合，适合产品级的校准，因此本发明的实用性强。

26、3、本发明的方法包括全温度校准和常温校准，这两种方法提供了灵活的校准方式，满足由低到高性能的所有校准需求；常温校准适合于光学模块的生产线校准，全温度校准适合于产品级别的校准，例如车规芯片或模组至少要做三温校准，结合稳定的光学环境校准效果更佳；由于各个校准过程是独立进行的，没有强的依存关系，有利于根据产品性能需求和成本考虑定制校准方法；比如常温校准不做直接做全温校准，或者常温校准只校准一个电流点作为全温度校准的一部分。如果要发挥最佳效果则仍然需要将常温校准和全温校准结合在一起。

27、4、本发明的常温校准相较于同一发明人的专利(cn201911345207.1一种烟雾探测器的校准方法及校准装置)的不同之处在于：本发明在常温下默认只针对特定发光管电流进行校准系数计算，即使需要校准其他电流点也可以通过拟合函数直接计算获得，不需要每个点逐个校准，因此本方法可以大大提高效率而且节约存储空间。

28、5、本发明的校准可以获得不同批次产品的数据分布并获得数据均值以及数据边界，这不但有利于进行品控，也有利于筛查并对产品性能进行分级处理，有利于提高校准的精度。因此，虽然常温校准默认只校准补偿了一个电流点，但是其他电流点的数据分布可以作为产品一致性筛选的标准，有助于产品线提前剔除或者返工检查一致性较差的光学模块。

29、6、本发明中如果全温度校准使用发光管驱动电流为零，则是进行暗电流校准，由于接收管的暗电流会随着温度的升高而增大，高温下不可忽略，因此针对暗电流的全温度校准也是有必要的，甚至可以单独校准暗电流，然后针对取出暗电流以后的数据进行校准。