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基于柔性測(cè)試技術(shù)的位置傳感器標(biāo)定與檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/5/23

  本系統(tǒng)是一套基于柔性測(cè)試技術(shù)理念開發(fā)的平臺(tái)式位置傳感器標(biāo)定與檢測(cè)系統(tǒng),能夠完成對(duì)多種位置傳感器進(jìn)行標(biāo)定與檢測(cè)。經(jīng)過組裝的位置傳感器輸出的信號(hào)是不準(zhǔn)確的,在使用前必須經(jīng)過標(biāo)定、校準(zhǔn)和檢測(cè),只有標(biāo)定后通過校準(zhǔn)和測(cè)試的傳感器才能在實(shí)際中使用。標(biāo)定和測(cè)試過程都需要在高精度的磁場(chǎng)變換環(huán)境中進(jìn)行,系統(tǒng)采用直線與旋轉(zhuǎn)兩個(gè)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直線型、旋轉(zhuǎn)型位置傳感器的標(biāo)定和檢測(cè)。同時(shí)本系統(tǒng)集成了完善的溫度控制功能,可以對(duì)傳感器的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行恒溫控制,并對(duì)需要的傳感器進(jìn)行必要的恒溫環(huán)境下校準(zhǔn)與檢測(cè),對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償,以提高對(duì)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(diǎn)的恒溫環(huán)境控制,并且可以達(dá)到較高的精度。

  在完整功能測(cè)試的模式下,系統(tǒng)會(huì)將測(cè)試箱內(nèi)的傳感器及測(cè)試夾具穩(wěn)定在一個(gè)設(shè)定的溫度,同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)控制磁極沿著傳感器磁感應(yīng)方向做步進(jìn)式移動(dòng),同時(shí)采集傳感器的反饋信號(hào)作為原始數(shù)據(jù),并根據(jù)特定的算法計(jì)算出傳感器的標(biāo)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(duì)傳感器的標(biāo)定。如果傳感器標(biāo)定需要考慮溫度的影響,可以在低溫和高溫兩個(gè)溫度下進(jìn)行相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定處理,來進(jìn)行溫度的補(bǔ)償校準(zhǔn),同時(shí)系統(tǒng)還可以對(duì)經(jīng)過標(biāo)定和校準(zhǔn)的傳感器進(jìn)行全功能的檢測(cè),檢查傳感器是否符合生產(chǎn)要求,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。傳感器的標(biāo)定和檢測(cè)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(dá)到1μm。

 

 

  硬件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)選用了NI公司數(shù)字I/O卡來完成對(duì)傳感器、開關(guān)、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(shè)備反饋信息及時(shí)反饋到上位機(jī)進(jìn)行處理。針對(duì)被測(cè)傳感器的多樣性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“柔性”的硬件平臺(tái),即為不同種類的傳感器配置了不同規(guī)格的測(cè)試夾具或測(cè)試臺(tái),對(duì)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(shí),只需要更換對(duì)應(yīng)的夾具即可,對(duì)于角度位置傳感器和旋轉(zhuǎn)位置傳感器,只需要更換測(cè)試臺(tái)即可,靈活的硬件配置使系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

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

  為了實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的溫度,在傳感器旁設(shè)置了熱電偶,待傳感器穩(wěn)定在目標(biāo)溫度以后,再控制滑臺(tái)帶動(dòng)磁極在傳感器上方移動(dòng)。系統(tǒng)選用高精度的直線滑臺(tái)來完成磁極的移動(dòng),由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送控制信號(hào)到滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)器,滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)器再控制滑臺(tái)帶動(dòng)磁極移動(dòng),精度可以達(dá)到1μm,滿足測(cè)試精度要求。該系統(tǒng)采用溫箱結(jié)構(gòu),在操作臺(tái)上設(shè)置一個(gè)盒式溫箱,傳感器的加熱過程以及磁極的移動(dòng)過程在溫箱里完成。為了保證滑臺(tái)不受溫度影響,在測(cè)試箱內(nèi)部,設(shè)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(tái)相連,這種設(shè)計(jì)即保證了磁極移動(dòng)的準(zhǔn)確位置,又保證滑臺(tái)不受溫度變化的影響。

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

  本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了看門狗,操作界面上的監(jiān)控指示燈會(huì)實(shí)時(shí)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(hào),如果在30s內(nèi)沒有任何操作,系統(tǒng)將自動(dòng)切斷操作臺(tái)的電源,保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)還設(shè)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(shí)按下急停按鈕可以控制安全繼電器切斷工作臺(tái)電源。

 

 

  除此以外,系統(tǒng)還設(shè)計(jì)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(cè)試需求。

  軟件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)測(cè)試軟件包括兩部分內(nèi)容,一部分是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本操作系統(tǒng),我們選用目前應(yīng)用最廣泛的Windows操作系統(tǒng);另一部分是測(cè)試軟件的開發(fā)平臺(tái),我們選用NI公司的圖形化編程語言LabVIEW結(jié)合測(cè)試流程執(zhí)行管理軟件TestStand,開發(fā)出一套多功能的平臺(tái)式測(cè)試系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用LabVIEW搭建人機(jī)交互界面,使用TestStand搭建測(cè)試流程執(zhí)行序列,針對(duì)不同種類的傳感器,可以在TestStand中配置不同的測(cè)試流程。每個(gè)測(cè)試流程都有對(duì)應(yīng)的Sequence文件,通過在LabVIEW中調(diào)用TestStand運(yùn)行引擎,加載Sequence來完成測(cè)試功能。更換傳感器類型時(shí),只需要加載不同的Sequence文件即可以完成對(duì)不同類型傳感器的測(cè)試。測(cè)試流程如圖2所示。

 

 

  軟件啟動(dòng)后,首先對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化,確保設(shè)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(cè)試夾具上,在傳感器底部設(shè)置了光纖傳感器用來檢測(cè)被測(cè)件有無。按下開始測(cè)試按鈕后,快速加熱器首先對(duì)傳感器及其所處的環(huán)境進(jìn)行加熱,待傳感器溫度穩(wěn)定后,開始對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。只有標(biāo)定成功的傳感器才能進(jìn)行測(cè)試,如果標(biāo)定不成功,則測(cè)試失敗,記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和失敗原因,完成本次測(cè)試。標(biāo)定成功后,繼續(xù)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試,讀取被測(cè)件的測(cè)試結(jié)果,將測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,如果測(cè)試值在標(biāo)準(zhǔn)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(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行記錄,輸出報(bào)表,并且將測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

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