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測試背景

汽車傳感器測試，作為ATE的傳統(tǒng)方向，相關的測試經驗和技術積累已經非常成熟。我們的客戶，對汽車傳感器實驗室測試系統(tǒng)多年以來都有大量的需求。只是以往的實驗測試系統(tǒng)，測試對象和功能較為單一，無法滿足汽車上多樣類別傳感器的測試。
去年年底我們的一個新客戶，東風商用車技術中心，希望我們的設備能滿足多種類別傳感器的實驗室測試。要求測試的傳感器不僅種類多樣，而且要提供-40℃至150℃溫度環(huán)境，并在相應的溫度點下對傳感器精確測量。進過測試方法的論證設計，系統(tǒng)在通過對汽車各類傳感器測試信號和運用環(huán)境的多樣整合，實現了汽車輪速、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試，同時兼顧部分類型傳感器在高低溫度下的耐久性試驗，是研發(fā)設計開發(fā)測試及型式試驗的不二選擇。
系統(tǒng)利用一套測試儀器資源，可對多種汽車傳感器進行測量，降低了實驗室下的汽車傳感器測試成本。通過測試機柜和測試工作臺的分離，可按照測試對象來定制和擴展不同類別的測試工作臺，實現了硬件上擴展和升級的功能。

系統(tǒng)結構與功能

本系統(tǒng)是基于PCI總線設計的多種類傳感器通用測試平臺系統(tǒng)，數據采集和控制過程由PCI測試主機作為上位機控制完成。整體系統(tǒng)由通用測試機柜和傳感器工作臺兩部分構成，機柜和工作臺之間使用通用路由接口和適配線纜進行連接。系統(tǒng)整體圖示見圖1。

圖1 系統(tǒng)整體圖示

系統(tǒng)典型測試指標和控制指標范圍見表1。

通用測試機柜作為整個系統(tǒng)的測試平臺，其集成了先進的測試儀器和設備，為滿足不同類型傳感器測試需求而設計，其主要功能分為控制和采集?？刂乒δ馨ǎ狠喫賯鞲衅髂繕溯嗊\動控制，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試功能。

傳感器工作臺分為兩個。一個是通用輪速傳感器測試工作臺，可以針對多種類型的輪速傳感器進行測試。工作臺置于溫控范圍為-40℃至150℃的高低溫試驗箱中，使用最大轉速為5000RPM的伺服電機調節(jié)目標輪的工作轉速，測件夾具可以進行手動目標輪更換，感應面調整和氣隙調整，以適應不同運用場合下的輪速、曲軸和凸輪軸等和發(fā)動機轉速相關的傳感器。輪速傳感器測試工作臺使用加重加厚的臺面，令目標輪轉動平穩(wěn)。

另一個工作臺是多傳感器通用測試工作臺，涵蓋了汽車油箱、水箱和油泵等工作環(huán)境下的傳感器。工作臺主要包括恒溫槽、測件夾具滑臺以及氣壓增壓系統(tǒng)。恒溫槽在系統(tǒng)中主要由三種用，其第一個用途是為被測傳感器提供-40℃至150℃的環(huán)境溫度；第二個用途是作為溫度傳感器的溫度傳導介質；第三個用途是和測件夾具滑臺搭配，模擬實際油箱構成液位傳感器高度檢測的系統(tǒng)。恒溫槽的介質采用專用工業(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污染的特點，保證了被測傳感器在油體介質中正常的信號輸出。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。工作臺對應油量傳感器、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)硬件設計

本系統(tǒng)通過通用的信號路由接口，將PCI總線測試板卡和被測傳感器經過負載路由電路進行連接和切換，實現多通道數據采集和同步數采。系統(tǒng)使用萬用表卡完成電平信號采集，電流信號采集，和四線法電阻測量。示波器卡完成方波信號和脈沖信號采集分析。多功能數采卡完成運動控制、位置讀取以及氣壓信號讀取等多種功能。數字IO卡完成負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上的控制模塊完成。控制機柜到兩個工作臺的連接示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)測試電路示意圖

系統(tǒng)軟件設計

 
系統(tǒng)軟件基本的測試功能可分為性能測試和耐久測試。性能測試對被測傳感器的測試參數進行單次測量，而耐久測試則是在長時間下，根據不同的可變溫度、壓力或者液體高度等條件，對被測件的主要測試參數進行記錄，描繪出曲線并進行記錄。
軟件開發(fā)采用了靈活的圖形化編程語言LabVIEW作為軟件平臺。LabVIEW的虛擬儀器技術使得測試軟件和硬件儀器在不同傳感器的測試條件下物盡其用。軟件結構針對不同對象的傳感器開發(fā)出不同的軟件進程模塊，針對不同的控制方式和運用條件開發(fā)出不同的線程模塊。如壓力傳感器進程模塊和液位傳感器進程模塊，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程中復用，在多傳感器測試運用中提高了軟件開發(fā)效率，并在擴展其它傳感器測試的時候，方便軟件擴展。

圖3 軟件模塊關系

軟件數據采集和分析

系統(tǒng)軟件針對不同型號的傳感器開發(fā)了不同的測試功能模塊，豐富了傳感器的測試手段。測試對象和功能見下表2。

表2 測試對象和軟件功能

整個軟件由啟動界面、傳感器測試主界面以及參數配置界面三大部分組成，整個軟件系統(tǒng)體現了軟件設計高內聚、低耦合的設計思想。圖4為氣壓傳感器測試主界面，用于顯示氣壓傳感器在連續(xù)壓力變化下輸出的電壓數據以及最終結果，同時將數據描繪出曲線。曲線中的綠色曲線代表了輸出信號的上下誤差帶，白色曲線代表了輸出信號。

圖4 氣壓傳感器測試系統(tǒng)

結語

系統(tǒng)采用了主流的模塊化儀器平臺，以及圖形化編程語言LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境，大大提升了系統(tǒng)的可擴展性以及靈活性，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)通過對汽車各類傳感器測試信號和運用環(huán)境的多樣整合，實現了汽車輪速、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試，同時兼顧部分類型傳感器在高低溫度下的耐久性試驗。方便定制和擴展不同類別的測試工作臺，降低了實驗室下的汽車傳感器測試成本，可用于研發(fā)設計開發(fā)測試及型式試驗。