基于柔性測試技術的位置傳感器標定與檢測系統平臺的設計

本系統是一套基于柔性測試技術理念開發的平臺式位置傳感器標定與檢測系統，能夠完成對多種位置傳感器進行標定與檢測。經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境中進行，系統采用直線與旋轉兩個工作臺實現對直線型、旋轉型位置傳感器的標定和檢測。同時本系統集成了完善的溫度控制功能，可以對傳感器的測試環境進行恒溫控制，并對需要的傳感器進行必要的恒溫環境下校準與檢測，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。本系統可以建立0℃～125℃范圍內任意溫度點的恒溫環境控制，并且可以達到較高的精度。

　　在完整功能測試的模式下，系統會將測試箱內的傳感器及測試夾具穩定在一個設定的溫度，同時運動控制系統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據，并根據特定的算法計算出傳感器的標定參數，然后根據不同的傳感器通訊協議將參數寫入傳感器的芯片，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據采集和標定處理，來進行溫度的補償校準，同時系統還可以對經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要求，系統實現原理如圖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境下完成，本系統最高控制精度可以達到1μm。

　硬件設計

　　系統在設計時選用了NI公司高精度、高速度的數字萬用表卡完成數據采集。同時選用了NI公司數字I/O卡來完成對傳感器、開關、按鈕等狀態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具有良好的適應性和擴展性。

　　系統采用快速加熱器對位置傳感器及其測試環境進行加熱。快速加熱器是一種智能高低溫吹風機，可以根據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，由運動控制卡發送控制信號到滑臺驅動器，滑臺驅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境溫度的穩定。

　　本系統還設計了看門狗，操作界面上的監控指示燈會實時顯示系統操作狀態，軟件每隔2s向硬件發送系統狀態信號，如果在30s內沒有任何操作，系統將自動切斷操作臺的電源，保護系統。系統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議的傳感器的測試需求。

　　軟件設計

　　系統測試軟件包括兩部分內容，一部分是系統正常運行的基本操作系統，我們選用目前應用最廣泛的Windows操作系統;另一部分是測試軟件的開發平臺，我們選用NI公司的圖形化編程語言LabVIEW結合測試流程執行管理軟件TestStand，開發出一套多功能的平臺式測試系統。本系統使用LabVIEW搭建人機交互界面，使用TestStand搭建測試流程執行序列，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，首先對系統硬件進行初始化，確保設備處于正常狀態。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境進行加熱，待傳感器溫度穩定后，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，記錄測試數據和失敗原因，完成本次測試。標定成功后，繼續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，則判定該產品為合格品，否則為不合格品，最后對測試數據和測試結果進行記錄，輸出報表，并且將測試數據存儲到數據庫中。