基于柔性測試技術的位置傳感器標定與檢測系統(tǒng)平臺的設計 2011-05-27 20:00:14來源:互聯(lián)網(wǎng)

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本系統(tǒng)是一套基于柔性測試技術理念開發(fā)的平臺式位置傳感器標定與檢測系統(tǒng)，能夠完成對多種位置傳感器進行標定與檢測。經(jīng)過組裝的位置傳感器輸出的信號是不準確的，在使用前必須經(jīng)過標定、校準和檢測，只有標定后通過校準和測試的傳感器才能在實際中使用。標定和測試過程都需要在高精度的磁場變換環(huán)境中進行，系統(tǒng)采用直線與旋轉(zhuǎn)兩個工作臺實現(xiàn)對直線型、旋轉(zhuǎn)型位置傳感器的標定和檢測。同時本系統(tǒng)集成了完善的溫度控制功能，可以對傳感器的測試環(huán)境進行恒溫控制，并對需要的傳感器進行必要的恒溫環(huán)境下校準與檢測，對傳感器的輸出信號進行溫度補償，以提高對溫度影響敏感類傳感器輸出的精度。本系統(tǒng)可以建立0℃～125℃范圍內(nèi)任意溫度點的恒溫環(huán)境控制，并且可以達到較高的精度。

　　在完整功能測試的模式下，系統(tǒng)會將測試箱內(nèi)的傳感器及測試夾具穩(wěn)定在一個設定的溫度，同時運動控制系統(tǒng)會控制磁極沿著傳感器磁感應方向做步進式移動，同時采集傳感器的反饋信號作為原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)特定的算法計算出傳感器的標定參數(shù)，然后根據(jù)不同的傳感器通訊協(xié)議將參數(shù)寫入傳感器的芯片，完成對傳感器的標定。如果傳感器標定需要考慮溫度的影響，可以在低溫和高溫兩個溫度下進行相應的原始數(shù)據(jù)采集和標定處理，來進行溫度的補償校準，同時系統(tǒng)還可以對經(jīng)過標定和校準的傳感器進行全功能的檢測，檢查傳感器是否符合生產(chǎn)要求，系統(tǒng)實現(xiàn)原理如圖1所示。傳感器的標定和檢測流程都需要在高精度的位置控制環(huán)境下完成，本系統(tǒng)最高控制精度可以達到1μm。

硬件設計

　　系統(tǒng)在設計時選用了NI公司高精度、高速度的數(shù)字萬用表卡完成數(shù)據(jù)采集。同時選用了NI公司數(shù)字I/O卡來完成對傳感器、開關、按鈕等狀態(tài)信息的查詢和繼電器、電子鎖等元器件的控制，并且將設備反饋信息及時反饋到上位機進行處理。針對被測傳感器的多樣性，系統(tǒng)設計了“柔性”的硬件平臺，即為不同種類的傳感器配置了不同規(guī)格的測試夾具或測試臺，對于直線位置傳感器，分別配置了75mm、150mm和225mm等多種規(guī)格的夾具，更換傳感器時，只需要更換對應的夾具即可，對于角度位置傳感器和旋轉(zhuǎn)位置傳感器，只需要更換測試臺即可，靈活的硬件配置使系統(tǒng)具有良好的適應性和擴展性。

系統(tǒng)采用快速加熱器對位置傳感器及其測試環(huán)境進行加熱?？焖偌訜崞魇且环N智能高低溫吹風機，可以根據(jù)目標溫度和當前溫度的差異自動輸出不同溫度和不同流量的氣體對物體進行加熱或者制冷。

　　為了實時檢測傳感器的溫度，在傳感器旁設置了熱電偶，待傳感器穩(wěn)定在目標溫度以后，再控制滑臺帶動磁極在傳感器上方移動。系統(tǒng)選用高精度的直線滑臺來完成磁極的移動，由運動控制卡發(fā)送控制信號到滑臺驅(qū)動器，滑臺驅(qū)動器再控制滑臺帶動磁極移動，精度可以達到1μm，滿足測試精度要求。該系統(tǒng)采用溫箱結構，在操作臺上設置一個盒式溫箱，傳感器的加熱過程以及磁極的移動過程在溫箱里完成。為了保證滑臺不受溫度影響，在測試箱內(nèi)部，設置了Z型連接臂，將磁極固定在連接臂頂部，將連接臂底部伸出箱體外部與滑臺相連，這種設計即保證了磁極移動的準確位置，又保證滑臺不受溫度變化的影響。

　　在測試箱體外側(cè)還設置了電子鎖，按下測試按鈕后電子鎖會自動將測試箱鎖住，直到測試結束，電子鎖自動打開，保證了在測試過程中操作人員的安全以及測試環(huán)境溫度的穩(wěn)定。

　　本系統(tǒng)還設計了看門狗，操作界面上的監(jiān)控指示燈會實時顯示系統(tǒng)操作狀態(tài)，軟件每隔2s向硬件發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)信號，如果在30s內(nèi)沒有任何操作，系統(tǒng)將自動切斷操作臺的電源，保護系統(tǒng)。系統(tǒng)還設置了人性化的急停按鈕，選用高性能的安全繼電器，在發(fā)生緊急情況時按下急停按鈕可以控制安全繼電器切斷工作臺電源。

　　除此以外，系統(tǒng)還設計了RS-232、CAN總線、AS-I、Device-Net、ProfiBus等五種通訊方式，可以滿足不同通訊協(xié)議的傳感器的測試需求。

軟件設計

　　系統(tǒng)測試軟件包括兩部分內(nèi)容，一部分是系統(tǒng)正常運行的基本操作系統(tǒng)，我們選用目前應用最廣泛的Windows操作系統(tǒng);另一部分是測試軟件的開發(fā)平臺，我們選用NI公司的圖形化編程語言LabVIEW結合測試流程執(zhí)行管理軟件TestStand，開發(fā)出一套多功能的平臺式測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用LabVIEW搭建人機交互界面，使用TestStand搭建測試流程執(zhí)行序列，針對不同種類的傳感器，可以在TestStand中配置不同的測試流程。每個測試流程都有對應的Sequence文件，通過在LabVIEW中調(diào)用TestStand運行引擎，

加載Sequence來完成測試功能。更換傳感器類型時，只需要加載不同的Sequence文件即可以完成對不同類型傳感器的測試。測試流程如圖2所示。

　　軟件啟動后，首先對系統(tǒng)硬件進行初始化，確保設備處于正常狀態(tài)。初始化之后，操作員要將傳感器放置到測試夾具上，在傳感器底部設置了光纖傳感器用來檢測被測件有無。按下開始測試按鈕后，快速加熱器首先對傳感器及其所處的環(huán)境進行加熱，待傳感器溫度穩(wěn)定后，開始對傳感器進行標定。只有標定成功的傳感器才能進行測試，如果標定不成功，則測試失敗，記錄測試數(shù)據(jù)和失敗原因，完成本次測試。標定成功后，繼續(xù)對被測件進行校準和測試，讀取被測件的測試結果，將測試值與標準值進行比較，如果測試值在標準值范圍內(nèi)，則判定該產(chǎn)品為合格品，否則為不合格品，最后對測試數(shù)據(jù)和測試結果進行記錄，輸出報表，并且將測試數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。