汽車(chē)爆震傳感器測試系統的研制

虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應用。虛擬儀器與傳統的儀器相比具有可重復性高、測量速度快、由用戶(hù)定義儀器功能、技術(shù)更新快等特點(diǎn)。

高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺三個(gè)組成部分是虛擬儀器技術(shù)的核心內容。靈活高效的軟件能創(chuàng )建完全自定義的用戶(hù)界面；模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成；標準的軟硬件平臺則能滿(mǎn)足對同步和定時(shí)應用的需求。

本文將虛擬儀器技術(shù)引入壓電式汽車(chē)爆震傳感器生產(chǎn)線(xiàn)終檢檢測，開(kāi)發(fā)出一種測量精度、自動(dòng)化程度、可擴展性都比較高的汽車(chē)爆震傳感器測試系統，不僅能夠滿(mǎn)足傳感器產(chǎn)品多樣性的需求，還能適應生產(chǎn)線(xiàn)上大批量快速檢測的要求。

系統構成與工作原理

系統的硬件組成

PXI作為一種專(zhuān)為工業(yè)數據采集與自動(dòng)化應用量身定制的模塊化儀器平臺，內建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線(xiàn)，可配以各類(lèi)模塊化的I/O硬件和相應的測試測量開(kāi)發(fā)軟件，能夠建立完全自定義的測試測量方案。

采用PXI高性能的硬件平臺作為汽車(chē)爆震傳感器測試系統的控制核心，使整個(gè)系統的可靠性、高效性和可擴展性都大大提高。系統的組成如圖1所示，主要包括PXI控制器、PXI數字I/O板卡、振臺、LCR表、高阻表、信號鎖相放大器、信號通道切換模塊、氣動(dòng)夾具系統等。

PXI控制器通過(guò)顯示器、鼠標、鍵盤(pán)實(shí)現人機交互，并通過(guò)GPIB總線(xiàn)與LCR表、高阻表、信號鎖相放大器等儀器進(jìn)行通信，控制儀器實(shí)現各項測量任務(wù)。

PXI數字I/O板卡主要用于系統的狀態(tài)反饋和動(dòng)作控制。信號通道切換模塊的動(dòng)作、測試啟動(dòng)鼠尾開(kāi)關(guān)、急停按鈕等的狀態(tài)，氣動(dòng)夾具、打標系統的控制，報警燈、蜂鳴器等狀態(tài)指示、廢品檢測功能等的實(shí)現都是利用PXI數字I/O板卡配合相應的信號調理電路來(lái)完成的。

LCR表、高阻表采用專(zhuān)用的測量?jì)x器，用于傳感器電阻、絕緣電阻、電容等參數的檢測。
信號鎖相放大器主要用于輸出激勵信號實(shí)現對振臺的控制，同時(shí)對靈敏度、線(xiàn)性度測試過(guò)程中兩路傳感器信號進(jìn)行鎖相和同步測量。

信號通道切換模塊主要為電阻電容測量、絕緣電阻測量、靈敏度測量等測試任務(wù)建立相應的信號測量通道。

系統利用壓電類(lèi)振臺為爆震傳感器靈敏度、線(xiàn)性度提供一個(gè)標準的振動(dòng)測試環(huán)境。該振臺可以輸出頻率范圍為3kHz～50kHz、1kg負載下加速度最高可達250g的振動(dòng)。

在生產(chǎn)線(xiàn)上，靈敏度和線(xiàn)性度的檢測需要通過(guò)緊固螺釘實(shí)現傳感器與振臺的連接。為保證測試條件的一致性，采用定扭矩扳手為緊固螺釘提供固定的扭緊力。為保護振臺，系統中設計了專(zhuān)門(mén)的氣動(dòng)夾具系統，在裝卸傳感器過(guò)程中對振臺實(shí)施保護。

系統的工作原理

在汽車(chē)爆震傳感器測試系統中，電阻、電容等指標的測量可依賴(lài)于相應的測量?jì)x器，而對爆震傳感器靈敏度和線(xiàn)性度準確高效的測試是系統實(shí)現的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

壓電式爆震傳感器靈敏度的一種表示方式為某振動(dòng)頻率下其輸出電壓與振動(dòng)加速度之比。本系統采用背靠背對比法檢測爆震傳感器的靈敏度，即采用一個(gè)標準加速度傳感器作為參考，將爆震傳感器與標準加速度傳感器背靠背安裝，在相同加速度下同步測量爆震傳感器與標準傳感器的輸出電壓，由于標準加速度傳感器的靈敏度已知，通過(guò)兩種傳感器的輸出電壓之比就可以求出爆震傳感器在該頻率下的靈敏度。

壓電式爆震傳感器的線(xiàn)性度檢測主要通過(guò)連續改變振臺的振動(dòng)頻率，即采用掃頻的方式，將振臺的振動(dòng)加速度穩定在設定范圍內，對各個(gè)頻率下的傳感器靈敏度進(jìn)行檢測，輸出各個(gè)靈敏度與頻率相對應的連續曲線(xiàn)，并檢測該曲線(xiàn)是否符合該傳感器產(chǎn)品的線(xiàn)性度要求，其測試流程如圖2所示。

為滿(mǎn)足靈敏度精確測量的需要，在系統中利用信號鎖相放大器的信號輸出功能，提供一定頻率的正弦激勵信號，經(jīng)過(guò)濾波器電路處理和功率放大器放大后，驅動(dòng)振臺按設定頻率進(jìn)行振動(dòng)，軟件通過(guò)閉環(huán)方式控制激勵信號電壓幅值，使振臺在該頻率下產(chǎn)生穩定的加速度振動(dòng)，并利用信號鎖相放大器的鎖相功能實(shí)現爆震傳感器與標準加速度傳感器兩路信號的同步測量，保證系統線(xiàn)性度測試過(guò)程的精確和高效。

測控軟件的實(shí)現

軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過(guò)設計或調用特定的程序模塊，可以高效地創(chuàng )建人機交互軟件。標準圖形化編程軟件LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續數據處理能力，設置數據處理、轉換、存儲的方式。在專(zhuān)業(yè)測試軟件設計中運用功能強大的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺，可以結合其內置的信號采集、測量分析與數據顯示功能，摒棄了傳統開(kāi)發(fā)工具的復雜性，在提供強大功能的同時(shí)還能保證系統的靈活性，發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應用中的強大優(yōu)勢。

汽車(chē)爆震傳感器測試系統的測控軟件基于LabVIEW進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)，主要采用狀態(tài)機并行處理結構，同時(shí)將事件響應與數據流執行方式有機結合，使整個(gè)系統具有較高的穩定性、實(shí)時(shí)性和可靠性。主程序框圖如圖3所示。

圖3 主程序框圖

軟件在功能實(shí)現上采用模塊化的方式，特定的模塊實(shí)現特定的功能。主要組成模塊有測量驅動(dòng)模塊，振臺控制模塊，氣動(dòng)夾具控制模塊，外部操作驅動(dòng)模塊，硬件維護模塊，系統安全保護模塊，用戶(hù)登錄與權限管理模塊，參數配置模塊，數據分析與顯示模塊，數據存儲與輸出模塊等，如圖4所示。

圖4 軟件組成模塊

測量驅動(dòng)模塊主要控制儀器實(shí)現測量功能；振臺控制模塊采用閉環(huán)控制算法使振臺在不同的振動(dòng)頻率下都可以有穩定的加速度振動(dòng)；氣動(dòng)夾具控制模塊主要實(shí)現測試過(guò)程中對振臺夾具的動(dòng)作控制，同時(shí)可以控制打標機構等氣動(dòng)系統的動(dòng)作；外部操作驅動(dòng)模塊通過(guò)對數字 I/O 端口的監控，完成氣缸各種動(dòng)作狀態(tài)的監視，并通過(guò)報警驅動(dòng)功能，用三色報警燈對測試進(jìn)程及測試結果進(jìn)行直觀(guān)的指示，同時(shí)可利用廢品箱上的光電傳感器實(shí)現廢品計數，對廢品進(jìn)行質(zhì)量控制；為了生產(chǎn)安全和質(zhì)量保障的需要，在軟件中設計了專(zhuān)門(mén)的用戶(hù)登錄與權限管理模塊，可以分配管理員與一般操作者兩種權限，一般操作者只分配操作權限；軟件通過(guò)參數配置模塊實(shí)現傳感器檢測參數的設定、存儲、加載和保存等功能；檢測過(guò)程中，數據分析與顯示模塊會(huì )對檢測參數、測試過(guò)程、測量數據與波形、最終結果等進(jìn)行動(dòng)態(tài)、直觀(guān)的顯示，同時(shí)利用數據存儲與輸出模塊將測試結果實(shí)時(shí)存儲在Excel文件中，并可通過(guò)數據回放功能對數據進(jìn)行查看；硬件維護模塊實(shí)現硬件調試功能，可對各個(gè)測量?jì)x器進(jìn)行維護操作；系統安全保護模塊具備完善的監控功能，實(shí)時(shí)反饋急停按鈕的狀態(tài)，當測試過(guò)程中，操作人員按下急停按鈕后，會(huì )迅速停止測試過(guò)程的各項操作，并將系統設置為急停狀態(tài)，等待操作人員的進(jìn)一步處理。

汽車(chē)爆震傳感器測試系統的測試界面采用Windows XP風(fēng)格設計，如圖5所示，整個(gè)軟件界面簡(jiǎn)潔、美觀(guān)，操作功能完善。

圖5 軟件界面

汽車(chē)爆震傳感器測試系統是在我公司其他類(lèi)型汽車(chē)傳感器測試系統成熟產(chǎn)品的基礎上研發(fā)的，可以對爆震傳感器的內部電阻、絕緣電阻、電容、靈敏度、線(xiàn)性度等性能參數進(jìn)行測試。

系統采用傳感器適配接口模塊化設計，適合多種壓電式爆震傳感器的檢測，可以滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)質(zhì)量快速檢測需要。系統采用高精度設計，測試精度穩定，滿(mǎn)足MSA測試要求，智能自動(dòng)化程序，提高測試效率和可靠性。工作臺右側外置透明廢品箱，可對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制。目前汽車(chē)爆震傳感器測試系統已成功應用于西門(mén)子壓電式爆震傳感器生產(chǎn)線(xiàn)上的終檢測試。