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測(cè)試背景

汽車傳感器測(cè)試，作為ATE的傳統(tǒng)方向，相關(guān)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累已經(jīng)非常成熟。我們的客戶，對(duì)汽車傳感器實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)多年以來(lái)都有大量的需求。只是以往的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試對(duì)象和功能較為單一，無(wú)法滿足汽車上多樣類別傳感器的測(cè)試。
去年年底我們的一個(gè)新客戶，東風(fēng)商用車技術(shù)中心，希望我們的設(shè)備能滿足多種類別傳感器的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。要求測(cè)試的傳感器不僅種類多樣，而且要提供-40℃至150℃溫度環(huán)境，并在相應(yīng)的溫度點(diǎn)下對(duì)傳感器精確測(cè)量。進(jìn)過(guò)測(cè)試方法的論證設(shè)計(jì)，系統(tǒng)在通過(guò)對(duì)汽車各類傳感器測(cè)試信號(hào)和運(yùn)用環(huán)境的多樣整合，實(shí)現(xiàn)了汽車輪速、油量、液位、溫度、氣壓和油壓傳感器在高低溫環(huán)境下的汽車多傳感器性能測(cè)試，同時(shí)兼顧部分類型傳感器在高低溫度下的耐久性試驗(yàn)，是研發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)測(cè)試及型式試驗(yàn)的不二選擇。
系統(tǒng)利用一套測(cè)試儀器資源，可對(duì)多種汽車傳感器進(jìn)行測(cè)量，降低了實(shí)驗(yàn)室下的汽車傳感器測(cè)試成本。通過(guò)測(cè)試機(jī)柜和測(cè)試工作臺(tái)的分離，可按照測(cè)試對(duì)象來(lái)定制和擴(kuò)展不同類別的測(cè)試工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了硬件上擴(kuò)展和升級(jí)的功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

本系統(tǒng)是基于PCI總線設(shè)計(jì)的多種類傳感器通用測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和控制過(guò)程由PCI測(cè)試主機(jī)作為上位機(jī)控制完成。整體系統(tǒng)由通用測(cè)試機(jī)柜和傳感器工作臺(tái)兩部分構(gòu)成，機(jī)柜和工作臺(tái)之間使用通用路由接口和適配線纜進(jìn)行連接。系統(tǒng)整體圖示見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)整體圖示

系統(tǒng)典型測(cè)試指標(biāo)和控制指標(biāo)范圍見(jiàn)表1。

通用測(cè)試機(jī)柜作為整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，其集成了先進(jìn)的測(cè)試儀器和設(shè)備，為滿足不同類型傳感器測(cè)試需求而設(shè)計(jì)，其主要功能分為控制和采集。控制功能包括：輪速傳感器目標(biāo)輪運(yùn)動(dòng)控制，液位傳感器液位高低控制，氣壓傳感器氣壓控制，環(huán)境溫度控制和直流電源輸出。采集功能包括：電壓或電流信號(hào)高精度采集，電壓波形采集，電阻采集等涵蓋多種傳感器的通用測(cè)試功能。

傳感器工作臺(tái)分為兩個(gè)。一個(gè)是通用輪速傳感器測(cè)試工作臺(tái)，可以針對(duì)多種類型的輪速傳感器進(jìn)行測(cè)試。工作臺(tái)置于溫控范圍為-40℃至150℃的高低溫試驗(yàn)箱中，使用最大轉(zhuǎn)速為5000RPM的伺服電機(jī)調(diào)節(jié)目標(biāo)輪的工作轉(zhuǎn)速，測(cè)件夾具可以進(jìn)行手動(dòng)目標(biāo)輪更換，感應(yīng)面調(diào)整和氣隙調(diào)整，以適應(yīng)不同運(yùn)用場(chǎng)合下的輪速、曲軸和凸輪軸等和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的傳感器。輪速傳感器測(cè)試工作臺(tái)使用加重加厚的臺(tái)面，令目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。

另一個(gè)工作臺(tái)是多傳感器通用測(cè)試工作臺(tái)，涵蓋了汽車油箱、水箱和油泵等工作環(huán)境下的傳感器。工作臺(tái)主要包括恒溫槽、測(cè)件夾具滑臺(tái)以及氣壓增壓系統(tǒng)。恒溫槽在系統(tǒng)中主要由三種用，其第一個(gè)用途是為被測(cè)傳感器提供-40℃至150℃的環(huán)境溫度；第二個(gè)用途是作為溫度傳感器的溫度傳導(dǎo)介質(zhì)；第三個(gè)用途是和測(cè)件夾具滑臺(tái)搭配，模擬實(shí)際油箱構(gòu)成液位傳感器高度檢測(cè)的系統(tǒng)。恒溫槽的介質(zhì)采用專用工業(yè)硅油，具有較寬的液態(tài)溫度范圍，良好的溫度均一性，極佳的絕緣性能和無(wú)污染的特點(diǎn)，保證了被測(cè)傳感器在油體介質(zhì)中正常的信號(hào)輸出。氣壓增壓系統(tǒng)為氣壓傳感器和液壓傳感器提供0至3Mpa的可變氣壓輸入。工作臺(tái)對(duì)應(yīng)油量傳感器、液位傳感器、氣壓傳感器和液壓傳感器等多種類型傳感器。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)通用的信號(hào)路由接口，將PCI總線測(cè)試板卡和被測(cè)傳感器經(jīng)過(guò)負(fù)載路由電路進(jìn)行連接和切換，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集和同步數(shù)采。系統(tǒng)使用萬(wàn)用表卡完成電平信號(hào)采集，電流信號(hào)采集，和四線法電阻測(cè)量。示波器卡完成方波信號(hào)和脈沖信號(hào)采集分析。多功能數(shù)采卡完成運(yùn)動(dòng)控制、位置讀取以及氣壓信號(hào)讀取等多種功能。數(shù)字IO卡完成負(fù)載切換及氣路控制等功能。溫度控制和氣壓控制使用RS485串行總線控制工作臺(tái)上的控制模塊完成?？刂茩C(jī)柜到兩個(gè)工作臺(tái)的連接示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)測(cè)試電路示意圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

 
系統(tǒng)軟件基本的測(cè)試功能可分為性能測(cè)試和耐久測(cè)試。性能測(cè)試對(duì)被測(cè)傳感器的測(cè)試參數(shù)進(jìn)行單次測(cè)量，而耐久測(cè)試則是在長(zhǎng)時(shí)間下，根據(jù)不同的可變溫度、壓力或者液體高度等條件，對(duì)被測(cè)件的主要測(cè)試參數(shù)進(jìn)行記錄，描繪出曲線并進(jìn)行記錄。
軟件開(kāi)發(fā)采用了靈活的圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW作為軟件平臺(tái)。LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)使得測(cè)試軟件和硬件儀器在不同傳感器的測(cè)試條件下物盡其用。軟件結(jié)構(gòu)針對(duì)不同對(duì)象的傳感器開(kāi)發(fā)出不同的軟件進(jìn)程模塊，針對(duì)不同的控制方式和運(yùn)用條件開(kāi)發(fā)出不同的線程模塊。如壓力傳感器進(jìn)程模塊和液位傳感器進(jìn)程模塊，溫度控制線程模塊和高度控制線程模塊。如圖3所示，不同的線程模塊可以在不同的進(jìn)程中復(fù)用，在多傳感器測(cè)試運(yùn)用中提高了軟件開(kāi)發(fā)效率，并在擴(kuò)展其它傳感器測(cè)試的時(shí)候，方便軟件擴(kuò)展。

圖3 軟件模塊關(guān)系

軟件數(shù)據(jù)采集和分析

系統(tǒng)軟件針對(duì)不同型號(hào)的傳感器開(kāi)發(fā)了不同的測(cè)試功能模塊，豐富了傳感器的測(cè)試手段。測(cè)試對(duì)象和功能見(jiàn)下表2。

表2 測(cè)試對(duì)象和軟件功能

整個(gè)軟件由啟動(dòng)界面、傳感器測(cè)試主界面以及參數(shù)配置界面三大部分組成，整個(gè)軟件系統(tǒng)體現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)思想。圖4為氣壓傳感器測(cè)試主界面，用于顯示氣壓傳感器在連續(xù)壓力變化下輸出的電壓數(shù)據(jù)以及最終結(jié)果，同時(shí)將數(shù)據(jù)描繪出曲線。曲線中的綠色曲線代表了輸出信號(hào)的上下誤差帶，白色曲線代表了輸出信號(hào)。

圖4 氣壓傳感器測(cè)試系統(tǒng)

結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)采用了主流的模塊化儀器平臺(tái)，以及圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，大大提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及靈活性，可以方便地在系統(tǒng)中增加新的傳統(tǒng)儀器與模塊化儀器。
系統(tǒng)通過(guò)對(duì)汽車各類傳感器測(cè)試信號(hào)和運(yùn)用環(huán)境的多樣整合，實(shí)現(xiàn)了汽車輪速、油量、液位、溫度、氣壓和油壓傳感器在高低環(huán)境下的汽車多傳感器性能測(cè)試，同時(shí)兼顧部分類型傳感器在高低溫度下的耐久性試驗(yàn)。方便定制和擴(kuò)展不同類別的測(cè)試工作臺(tái)，降低了實(shí)驗(yàn)室下的汽車傳感器測(cè)試成本，可用于研發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)測(cè)試及型式試驗(yàn)。