一种传感器测试系统及测试方法
【专利摘要】一种传感器测试系统及测试方法，测试系统包括：地面供电模块、传感器模块、数据采集模块、参数设置模块、采样率确定模块、需求确认模块、测试模块和输出与储存模块，测试方法首先对参数设置模块进行初始设置并确定测试需求，然后对整个传感器模块输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试，最后对测试结果进行分析，本发明实现了不小于250路传感器输出电压的测量，以及对单传感器工作性能的检测，能满足系统测试路数可扩展和容易扩展的要求，且测试效率较高。
【专利说明】 一种传感器测试系统及测试方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器测试系统及测试方法，能实现不小于250路传感器输出电压的测量，也能实现对单传感器工作性能的检测，适用于遥测系统中传感器系统的测试。

【背景技术】
[0002]在遥测系统中，传感器系统是系统的重要组成部分，涉及到热、力、化学等环境参数的测量，其传感器种类多样、数量巨大，在确认传感器工作状态方面，通常是通过无线或存储器手段来确定，这种状态涉及的弹上产品数量多，地面测试复杂，且不利于系统的整体分析，据此，本发明涉及一种判断传感器系统工作状态的方面，采用虚拟仪器技术，能实现对超过250路传感器输出电压进行判断的能力。
[0003]为了对传感器系统的工作性能进行判定，设计一种传感器系统的测试方法，能对超过250路传感器进行测试。这种方法，在传感器没上系统前，能对单个传感器进行判定，确认此传感器是否满足设计要求，在所有传感器上系统后，通过此测试方法，能判定传感器系统是否满足系统的设计要求。在桌面电气系统测试中，传感器测试系统先通过一个采样率完成对传感器初判，再通过某路通道传感器改变采样率的方法进行综合判断，以此判定传感器的工作状态；在电气系统总装测试中，传感器测试系统通过固定采样率完成对传感器输出起始电平进行判定。通常此测试系统由两部分组成，传感器部分和地面测试部分，传感器部分由各种传感器和电缆网组成，地面测试部分由数据采集装置、供电设备(能提供+5V、+15V、-15V、+28V输入电压和-32V?+32V输入电压)、地面测试软件和电缆网组成。
[0004]对传感器系统测试的方法进行了资料检索，主要结果说明如下:
[0005]空军第一航空学院朱广荣、韩玉琴“基于LabVIEW的多传感器空气流量测试系统”，《仪表技术与传感器》2008年第6期，在计算机主板中插入PCI板卡，完成对传感器数据的采集，该论文没有涉及到对传感器供电，也没有涉及对单个存储器检测方法及各种传感器工作状态的初判方法，系统移植性和扩展性不强。
[0006]湖南大学电气与信息工程学院李微、王翠、彭永进“基于LabVIEW的汽车ABS轮速传感器测试系统的设计”，《中国仪器仪表》2006年第5期，该论文传感器测试系统采用数据采集卡，移植性不强，同时测试种类单一，没有提及对传感器供电问题。
[0007]上海理工大学光电信息与计算机工程学院黄静等“基于LabVIEW的磁性传感器自动测试系统设计”，《仪表技术》2009年第9期，该论文涉及到对传感器的供电、数据采集，但系统加入对供电的控制，且要通过计算机来控制继电器来完成对传感器的供电，系统移植性和扩展性不强。
[0008]桂林电子科技大学计算机与控制学院汽车电子工程中心王晓光、潘明“基于LabVIEff的氧传感器的测试系统”《仪表技术与传感器》2009年第9期，江汉大学物信学院徐天奇“基于LabVIEW的压力传感器测试评估系统”《仪表技术》2012年第6期，以上论文涉及传感器的种类单一，采用数据采集卡，移植性不强，且对传感器工作性能没有判断。
[0009]检索结果表明，已有设计和研究工作涉及到传感器供电，传感器输出电压的采集及数据处理和判断，但测量种类单一，供电方式不明确，移植性和扩张性不强。空军第一航空学院的朱广荣、韩玉琴没有涉及对单个存储器检测方法及各种传感器工作状态的初判方法，上海理工大学的黄静等、湖南大学的李微、王翠、桂林电子科技大学的王晓光、江汉大学的徐天奇，主要论述涉及传感器种类单一，移植性不强。本发明与以上研究相比明显的差别如下:
[0010](I)以上文献研究的对象是单一类传感器的测试，不具有通用性和扩展性的能力；
[0011](2)以上文献的传感器测试供电方式单一，没有涉及一种灵活给传感器供电要求的方法；
[0012](3)以上文献没有涉及到在软件设计中，采用多通道单采样率的方法对传感器系统零位电平进行初判，采用单通道多采样率对单个或某几个传感器性能进行具体判断的方法;
[0013](4)以上文献没有涉及测试数据异常情况分析方法，采用多通道单采样率对多个传感器进行数据分析时，如何判断传感器输出异常及对异常情况进行判断的方法。
[0014](5)以上文献没有涉及对传感器系统测试所采用传感器采样率的设置方法，此方法含系统级测试及单独传感器的测试。
[0015]综上所述，根据资料检索结果，相关文献未涉及适应一种能适应多路数、多种类传感器系统的搭建方法及测试方法。


【发明内容】

[0016]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种传感器测试系统及测试方法，实现了不小于250路传感器输出电压的测量，以及对单传感器工作性能的检测，最大程度上满足了遥测系统中传感器系统测试的需求。
[0017]本发明的技术解决方案是:一种传感器测试系统，包括:地面供电模块、传感器模块、数据采集模块、参数设置模块、采样率确定模块、需求确认模块、测试模块和输出与储存模块；
[0018]地面供电模块包括两种供电电源，一种为提供+5V、+15V、_15V和+28V的固定输出电源，为传感器模块提供+5V、+15V、-15V和+28V电源；另一种为提供除+5V、+15V、_15V和+28V之外的-32V?+32V直流电压的直流稳压供电电源，该供电电源采用地面直流电源，使用时根据传感器模块输入电压要求，在测试前实时设置输入电压；
[0019]传感器模块包括热学传感器、力学传感器和变换器，热学传感器和力学传感器测量飞行器的缓变参数和速变参数，并将飞行器的缓变参数和速变参数通过变换器转变为O?5V的电压信号输出，所述速变参数包括噪声、振动和冲击，缓变参数包括过载、角速率、压力、温度、位移、烧蚀和流量；
[0020]数据采集模块包括采集背板和数据采集板，数据采集板安装在采集背板的槽内，每块数据采集板有32路的采集通道，进行数据采集之前，根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量；具体为:
[0021]若传感器输出电压信号的路数不大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集通道的个数，则只需要一台数据采集模块就能完成任务；
[0022]若传感器输出电压信号的路数大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集通道的个数，则数据采集模块数量取大于等于N/S的最小整数，其中，N为传感器输出电压信号的路数，S为一台数据采集模块中的采集通道的个数；
[0023]参数设置模块确定数据采集模块的初始参数，并将初始参数发送给数据采集模块，所述初始参数包括进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道；
[0024]需求确认模块接收外部指令，确定测试需求，并将测试需求发送给采样率确定模块；所述测试需求包括对整个传感器模块进行测试和对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试；
[0025]采样率确定模块接收到需求确认模块的测试需求后，根据具体的测试需求确定数据采集模块的采样率；
[0026]数据采集模块接收参数设置模块的初始参数和采样率确定模块确定的采样频率对传感器模块输出的电压信号进行采样，采样后的数据输出给测试模块；
[0027]测试模块对从接收数据采集模块输入的数据进行测试，并将测试结果输出给输出与储存模块；
[0028]输出与储存模块接收测试模块输入的测试结果，将测试结果进行储存并输出。
[0029]采样率确定模块接收到需求确认模块的测试需求后，根据具体的测试需求确定数据采集模块的采样率，具体为:
[0030](I)若对整个传感器模块进行测试，则数据采集模块的采样率为固定采样率；其中，速变参数的固定采样率不小于速变传感器最低采样率的2.5倍，缓变参数的固定采样率不小于缓变传感器最高采样率的2.5倍，测试系统的总采样率不大于采样板的总采样率；
[0031](2)若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率；每路采集通道的采样频率不小于测试传感器最大采样率的5倍，测试系统的总采样率不大于采集板的总采样率。
[0032]一种基于权利要求1所述的传感器系统的传感器测试方法，步骤如下:
[0033](I)根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量，并对参数设置模块进行初始设置，确定进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道；
[0034](2)根据需求确认模块确认测试需求，并根据测试需求由采样率模块确定数据采集模块的采样率，若对整个传感器模块进行测试，则数据采集模块的采样率为固定采样率，进入步骤(3);若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则并对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率，进入步骤(6)；
[0035](3)数据采集模块根据步骤⑴中确定的进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道以及步骤(2)中确定的固定采样频率，对整个传感器模块输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试；
[0036](4)改变传感器的输入信号，监测测试模块中的测试结果，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化相符，则进入步骤(5)，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化不符，则进入步骤(6);同时保存异常情况数据；
[0037](5)将步骤(4)中的测试结果发送给输出与储存模块，输出与储存模块将测试结果以报表的形式进行保存并输出到打印机进行打印；数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作；
[0038](6)确定步骤(2)进行测试的传感器对应的数据采集板和采集通道或者步骤(6)中测试结果变化与输入信号变化不符的传感器对应的数据采集板和采集通道，并分别对每路采集通道设置采样频率，采用单通道多采样率完成测试任务；
[0039](7)数据采集模块根据步骤￠)中确定的传感器对应的数据采集板、采集通道和每路采集通道的采样频率，对每个传感器输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试；
[0040](8)输出与存储模块对步骤(7)中测试的测试数据进行保存，并对测试数据进行分析判断，数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作。
[0041]所述步骤(8)中对测试数据进行分析判断，具体为:
[0042](I)对于线性规律的缓变传感器，根据公式Y3 = a3*X3+b3计算测试系统理论输出值，其中X3为测量时环境条件，包括测试时的温度、海拔和角度，Y3为通过公式计算出来的理论电压值，a3和b3为测量参数，且均为常数；
[0043]若测试系统实际输出值在Y3 X 90 %至Y3 X 110 %之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y3 X 90 %至Y3 X 110 %之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0044](2)对于无线性规律的缓变传感器，利用给定的一组校准数据，采用线性插值法Y4 = Y1+(Y2-Y1) X (Χ4-Χ1)/(Χ2-Χ1)或者最小二乘法来将输出电压值与环境条件之间的关系拟合成线性公式，其中Xl和Χ2为校准数据相邻两点的输入值，Yl和Υ2为校准数据相邻两点的输出值，Χ4为测量时环境条件，Υ4为通过计算得到的理论电压值，
[0045]若测试系统实际输出值在Υ4Χ90%至Υ4Χ 110%之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Υ4Χ90%至Υ4Χ 110%之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0046](3)对于速变参数，通常根据测试时的加速度，通过公式Υ5 = a5XX5+b5计算测试系统理论输出值，其中X5为施加给传感器的加速度，Y5为通过公式计算出来的理论电压值，a5和b5为测量参数，且均为常数，所述速变参数包括冲击、振动和噪声；
[0047]若测试系统实际输出值在Y5 X 80 %至Y5 X 120 %之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y5 X 80 %至Y5 X 120 %之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0048](4)若对异常传感器进行单独测试，则采用不小于异常传感器最大采样率5倍的采样率来采集传感器数据，剔除超过传感器最高频率的信号数据，若测试系统检测到的脉冲个数及脉冲特征与施加在传感器上的脉冲个数及脉冲特征分别相同，且测试系统检测到的信号时间宽度与施加在传感器上信号的时间宽度相同，则传感器正常，否则，传感器异堂巾O
[0049]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0050](I)本发明数据采集模块采用NI公司8槽采集背板，每采集背板都插满数据采集板来组成，采集背板采用FPGA与接口芯片实现数据采集板与上位机的通讯，采集板采用多路转换开关、滤波电路、16位A/D隔离芯片来实现数据采集，每块数据采集板能采集32路参数，系统能采集8X32 = 256路电压信号，大于250路的采样要求，此测试系统能满足系统测试路数可扩展和容易扩展的要求；
[0051](2)本发明采用USB和以太网进行通讯，能满足当前计算机通讯接口的要求，同时采用图形化LabVIEW语言，采用虚拟仪器技术，大大提高了开发效率，系统简洁，测试方便，提高了整个系统的移植性；
[0052](3)本发明的电源采用固定输出电源和可调节输出电压的直流稳压供电电源相结合的方式，可以在-32V?+32V范围内对系统进行供电，提高了系统的适用性和健壮性；
[0053](4)本发明可以完成对整个传感器模块的测试，同时也可以完成对单个传感器的诊断测试，提高了测试系统的效率；
[0054](5)本发明在传感器系统的测试中采用多通道单采样率的方式进行信号采集，提高了系统采样和测试的效率，在单个传感器诊断测试中采用单通道多采样率的方式进行信号采集，提高了信号的采集精度，能更快地进行传感器的故障诊断。

【专利附图】

【附图说明】
[0055]图1为本发明系统框图；
[0056]图2为本发明方法流程图。

【具体实施方式】
[0057]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0058]目前常用的传感器测试系统包括地面供电、传感器系统、数据采集和测试软件。其功能如下:
[0059](I)地面供电完成对传感器系统的供电；
[0060](2)传感器系统由各种传感器及电缆网组成，完成对遥测参数的测量；
[0061](3)数据采集完成对传感器输出电压的测量；
[0062](4)测试软件完成对传感器数据的采集及分析工作。
[0063]如图1所示为本发明系统框图，由图1可知，本发明提出的一种传感器测试系统包括:地面供电模块、传感器模块、数据采集模块、参数设置模块、采样率确定模块、需求确认模块、测试模块和输出与储存模块；
[0064]地面供电模块包括两种供电电源，一种为提供+5V、+15V、_15V和+28V的固定输出电源，为传感器模块提供+5V、+15V、-15V和+28V电源；另一种为提供除+5V、+15V、_15V和+28V之外的-32V?+32V直流电压的直流稳压供电电源，该供电电源采用地面直流电源，使用时根据传感器模块输入电压要求，在测试前实时设置输入电压；
[0065]传感器模块包括热学传感器、力学传感器和变换器，热学传感器和力学传感器测量飞行器的缓变参数和速变参数，并将飞行器的缓变参数和速变参数通过变换器转变为O?5V的电压信号输出，所述速变参数为噪声、振动和冲击，缓变参数包括过载、角速率、压力、温度、位移、烧蚀和流量；
[0066]数据采集模块包括采集背板和数据采集板，采集背板采用NI公司8槽采集背板，每采集背板都插满数据采集板来组成，采集背板采用FPGA与接口芯片实现数据采集板与上位机的通讯，采集板采用多路转换开关、滤波电路、16位A/D隔离芯片来实现数据采集，数据采集板安装在采集背板的槽内，每块数据采集板有32路的采集通道，进行数据采集之前，根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量；具体为:
[0067]若传感器输出电压信号的路数不大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集通道的个数，则只需要一台数据采集模块就能完成任务；
[0068]若传感器输出电压信号的路数大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集采集通道的个数，则数据采集模块数量取大于等于N/S的最小整数，其中，N为传感器输出电压信号的路数，S为一台数据采集模块中的采集通道的个数；
[0069]参数设置模块确定数据采集模块的初始参数，并将初始参数发送给数据采集模块，所述初始参数包括进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道；
[0070]需求确认模块接收外部指令，确定测试需求，并将测试需求发送给采样率确定模块；所述测试需求包括对整个传感器模块进行测试和对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试；
[0071]采样率确定模块接收到需求确认模块的测试需求后，根据具体的测试需求确定数据采集模块的采样率，具体为:若对整个传感器模块进行测试，则数据采集模块的采样率为固定采样率；若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则并对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率；
[0072]测试程序采样频率设置原则:
[0073](I)对于多通道单采样率，通常在对多路传感器测试系统的工作情况进行初步判断时使用，采样率设置采用速变参数不小于速变传感器最低采样率的2.5倍，缓变参数不小于缓变传感器最高采样率的2.5倍，选择以上方法得出的最大采样率作为系统的固定采样率，完成数据的采集；
[0074](2)对于单通道多采样率，通常用于异常传感器的进一步确认及对单路传感器性能确定时采用此方法，采用不小于测试传感器最大采样率5倍的采样率来采集数据，这种测试方法对于单路传感器适合速变参数的测量，这样，就能通过数据剔出截止频率外的信号，分析出频带内的信号数据；
[0075](3)根据采样定律，通常只要采样率达到传感器2倍的采样率就能恢复传感器信号，在工程实践中，在频域中，传感器截止频率不能做到跃阶函数的情况，及截止频率频率后就为0Hz，通常是有一个过程，及按某个梯度降到0Hz，因此对单路采样率采用不小于最高频率的5倍，能剔出截止频带外的信号，当然单路采样率越高越好，但不能超过采集板的总采样率；
[0076](4)全系统测试，由于路数多，对采样率选择2.5倍，是工程标准中的规定，也是测试系统总采样率的要求，总采样率为2.5X测试路数X固定采样率，测试系统总采样率不能大于采集板的总采样率。
[0077]数据采集模块接收参数设置模块的初始参数和采样率确定模块确定的采样频率对传感器模块输出的电压信号进行采样，采样后的数据输出给测试模块；
[0078]测试模块采用LabVIEW软件平台，测试模块对从接收数据采集模块输入的数据进行测试，并将测试结果输出给输出与储存模块；
[0079]测试过程中，需要对测试数据进行分析判断，判断方法:
[0080](I)对于线性规律的缓变传感器，根据公式Y3 = a3*X3+b3计算测试系统理论输出值，其中X3为测量时环境条件，包括测试时的温度、海拔、角度和液面，Y3为通过公式计算出来的理论电压值，a3和b3为测量参数，且均为常数；
[0081 ] 若测试系统实际输出值在Y3 X 90 %至Y3 X 110 %之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y3 X 90 %至Y3 X 110 %之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0082](2)对于无线性规律的缓变传感器，利用给定的一组校准数据，采用线性插值法Y4 = Y1+(Y2-Y1) X (Χ4-Χ1)/(Χ2-Χ1)或者最小二乘法来将输出电压值与环境条件之间的关系拟合成线性公式，其中Xl和Χ2为校准数据相邻两点的输入值，Yl和Υ2为校准数据相邻两点的输出值，Χ4为测量时环境条件，Υ4为通过计算得到的理论电压值，
[0083]若测试系统实际输出值在Υ4Χ90%至Υ4Χ 110%之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Υ4Χ90%至Υ4Χ 110%之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0084](3)对于速变参数，通常根据测试时的加速度，通过公式Υ5 = a5XX5+b5计算测试系统理论输出值，其中X5为施加给传感器的加速度，Y5为通过公式计算出来的理论电压值，a5和b5为测量参数，且均为常数，所述速变参数包括冲击、振动和噪声；
[0085]若测试系统实际输出值在Y5 X 80 %至Y5 X 120 %之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y5 X 80 %至Y5 X 120 %之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试；
[0086](4)若对异常传感器进行单独测试，则采用不小于异常传感器最大采样率5倍的采样率来采集传感器数据，剔除超过传感器最高频率外混频进频带内的信号数据，若测试系统检测到的脉冲个数及脉冲特征与施加在传感器上的脉冲个数及脉冲特征分别相同，且测试系统检测到的信号时间宽度吻合与施加在传感器上信号的时间宽度相同，则传感器正常，否则，传感器异常。
[0087]输出与储存模块接收测试模块输入的测试结果，将测试结果进行储存并输出。
[0088]如图2所示为本发明方法流程图，由图2可知，本发明提出的一种传感器测试方法，步骤如下:
[0089](I)根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量，并对参数设置模块进行初始设置，确定进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道；
[0090](2)根据需求确认模块确认测试需求，并根据测试需求由采样率模块模块确定数据采集模块的采样率，若对整个传感器模块进行测试，采用多通道单采样率，则数据采集模块的采样率为固定采样率，固定采样率不小于传感器最低频率要求的2.5倍。采集模块数不大于(模块总采样率+32)，进入步骤(3);若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率，进入步骤(6)；
[0091](3)数据采集模块根据步骤⑴中确定的进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道以及步骤(2)中确定的固定采样频率，对整个传感器模块输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试；
[0092](4)改变传感器的输入信号，监测测试模块中的测试结果，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化相符，则进入步骤(5)，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化不符，则进入步骤(6)，同时保存异常情况数据；
[0093](5)将步骤(4)中的测试结果发送给输出与储存模块，输出与储存模块将测试结果以报表的形式进行保存并输出到打印机进行打印；数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作；
[0094](6)确定步骤(2)进行测试的传感器对应的数据采集板和采集通道或者步骤(6)中测试结果变化与输入信号变化不符的传感器对应的数据采集板和采集通道，并分别对每路采集通道设置采样频率，采用单通道多采样率完成测试任务；
[0095](7)数据采集模块根据步骤￠)中确定的传感器对应的数据采集板、采集通道以及步骤(2)中确定的每路采集通道的采样频率，采样频率采用传感器最高采样率的5倍，根据采样定律，采用2倍采样率就可以完成测试任务，但工程中不可能达到，通常采用5倍采样率，能恢复采样数据，对每个传感器输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试；
[0096](8)输出与存储模块对步骤(7)中测试的测试数据进行保存，供数据分析使用，数据分析采用专门的数据分析工具，分析情况可参考上文对测试过程中测试数据进行分析判断，数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作，退出测试程序。
[0097]实例一:
[0098]本传感器测试系统的测试程序完成对多个传感器测试，采用多通道单采样率对传感器系统进行测试，多通道单采样率即多个通道采用一个采样率。本传感器测试系统测量37路通道数据，由26路测量缓变参数和10路速变参数组成，其中6路钼电阻温度传感器、5路温度热敏传感器、16路热电偶温度传感器为缓变参数，6路振动传感器、I路噪声传感器、3路冲击传感器为速变参数。
[0099]传感器供电模块采用+5V、+15V、-15V和+28V电源组合完成对6路钼电阻温度传感器、5路热敏温度传感器、16路热电偶温度传感器、6路振动传感器、I路噪声传感器的供电，采用直流稳压电源设置+12V、-12V电压给3路冲击传感器供电。
[0100]数据采集采用含4个32路测试模块的数据采集装置，能最多测量4X32 = 128路数据，完成对37路参数的测量，测试软件采样率设置为500Hz，选择数据采集装置中2个测试模块完成测试，2个测试模块测试通路能满足2X32 = 64路数据的测量，能满足37路通道数据测量要求，对测试结果的判断，钼电阻，热电偶温度传感器采用线性公式，热敏传感器采用分温度范围的线性公式、如果测试异常，测试电压会显示为红色，并对异常情况数据保存，测试数据比对情况见表I。根据测量结果看，测量数据满足误差范围要求，测量合格，不需故障诊断，对振动传感器2进行分析，见实例二。
[0101]表I
[0102]

【权利要求】
1.一种传感器测试系统，其特征在于包括:地面供电模块、传感器模块、数据采集模块、参数设置模块、采样率确定模块、需求确认模块、测试模块和输出与储存模块； 地面供电模块包括两种供电电源，一种为提供+5V、+15V、-15V和+28V的固定输出电源，为传感器模块提供+5V、+15V、-15V和+28V电源；另一种为提供除+5V、+15V、-15V和+28V之外的-32V?+32V直流电压的直流稳压供电电源，该供电电源采用地面直流电源，使用时根据传感器模块输入电压要求，在测试前实时设置输入电压； 传感器模块包括热学传感器、力学传感器和变换器，热学传感器和力学传感器测量飞行器的缓变参数和速变参数，并将飞行器的缓变参数和速变参数通过变换器转变为O?5V的电压信号输出，所述速变参数包括噪声、振动和冲击，缓变参数包括过载、角速率、压力、温度、位移、烧蚀和流量； 数据采集模块包括采集背板和数据采集板，数据采集板安装在采集背板的槽内，每块数据采集板有32路的采集通道，进行数据采集之前，根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量；具体为: 若传感器输出电压信号的路数不大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集通道的个数，则只需要一台数据采集模块就能完成任务； 若传感器输出电压信号的路数大于测试模块个数X32路，即一台数据采集模块中的采集通道的个数，则数据采集模块数量取大于等于N/S的最小整数，其中，N为传感器输出电压信号的路数，S为一台数据采集模块中的采集通道的个数； 参数设置模块确定数据采集模块的初始参数，并将初始参数发送给数据采集模块，所述初始参数包括进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道； 需求确认模块接收外部指令，确定测试需求，并将测试需求发送给采样率确定模块；所述测试需求包括对整个传感器模块进行测试和对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试； 采样率确定模块接收到需求确认模块的测试需求后，根据具体的测试需求确定数据采集模块的采样率； 数据采集模块接收参数设置模块的初始参数和采样率确定模块确定的采样频率对传感器模块输出的电压信号进行采样，采样后的数据输出给测试模块； 测试模块对从接收数据采集模块输入的数据进行测试，并将测试结果输出给输出与储存模块； 输出与储存模块接收测试模块输入的测试结果，将测试结果进行储存并输出。
2.根据权利要求1所述的一种传感器测试系统，其特征在于:所述采样率确定模块接收到需求确认模块的测试需求后，根据具体的测试需求确定数据采集模块的采样率，具体为: (1)若对整个传感器模块进行测试，则数据采集模块的采样率为固定采样率；其中，速变参数的固定采样率不小于速变传感器最低采样率的2.5倍，缓变参数的固定采样率不小于缓变传感器最高采样率的2.5倍，测试系统的总采样率不大于采样板的总采样率； (2)若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率；每路采集通道的采样频率不小于测试传感器最大采样率的5倍，测试系统的总采样率不大于采集板的总采样率。
3.一种基于权利要求1所述的传感器系统的传感器测试方法，其特征在于步骤如下: (1)根据传感器输出电压信号的路数确定数据采集模块的数量，并对参数设置模块进行初始设置，确定进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道； (2)根据需求确认模块确认测试需求,并根据测试需求由采样率模块确定数据采集模块的采样率，若对整个传感器模块进行测试，则数据采集模块的采样率为固定采样率，进入步骤(3);若对传感器模块中的一个或者多个传感器进行测试，则并对数据采集模块中的每路采集通道分别设置采样频率，进入步骤(6)； (3)数据采集模块根据步骤(I)中确定的进行数据采集的数据采集板和每块数据采集板中进行数据采集的采集通道以及步骤(2)中确定的固定采样频率，对整个传感器模块输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试； (4)改变传感器的输入信号，监测测试模块中的测试结果，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化相符，则进入步骤(5)，若传感器测试结果的变化与传感器输入信号的变化不符，则进入步骤(6);同时保存异常情况数据； (5)将步骤(4)中的测试结果发送给输出与储存模块，输出与储存模块将测试结果以报表的形式进行保存并输出到打印机进行打印；数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作； (6)确定步骤(2)进行测试的传感器对应的数据采集板和采集通道或者步骤￠)中测试结果变化与输入信号变化不符的传感器对应的数据采集板和采集通道，并分别对每路采集通道设置采样频率，采用单通道多采样率完成测试任务； (7)数据采集模块根据步骤￠)中确定的传感器对应的数据采集板、采集通道和每路采集通道的采样频率，对每个传感器输出的电压信号进行采集；并将采集到的电压信号输入到测试模块中进行测试； (8)输出与存储模块对步骤(7)中测试的测试数据进行保存，并对测试数据进行分析判断，数据采集模块停止数据采集，传感器测试系统停止工作。
4.根据权利要求3所述的一种传感器测试方法，其特征在于:所述步骤(8)中对测试数据进行分析判断，具体为: (1)对于线性规律的缓变传感器，根据公式Y3= a3*X3+b3计算测试系统理论输出值，其中X3为测量时环境条件，包括测试时的温度、海拔和角度，Y3为通过公式计算出来的理论电压值，a3和b3为测量参数，且均为常数； 若测试系统实际输出值在Y3X90 %至Y3X 110%之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y3X90%至Y3X 110%之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试； (2)对于无线性规律的缓变传感器，利用给定的一组校准数据，采用线性插值法Υ4=Υ1+(Υ2-Υ1) X (Χ4-Χ1)/(Χ2-Χ1)或者最小二乘法来将输出电压值与环境条件之间的关系拟合成线性公式，其中Xl和Χ2为校准数据相邻两点的输入值，Yl和Υ2为校准数据相邻两点的输出值，Χ4为测量时环境条件，Υ4为通过计算得到的理论电压值， 若测试系统实际输出值在Υ4 X 90 %至Υ4 X 110 %之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y4X90%至Y4X 110%之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试； (3)对于速变参数，通常根据测试时的加速度，通过公式Υ5= a5XX5+b5计算测试系统理论输出值，其中X5为施加给传感器的加速度，Y5为通过公式计算出来的理论电压值，a5和b5为测量参数，且均为常数，所述速变参数包括冲击、振动和噪声； 若测试系统实际输出值在Y5X80 %至Y5X 120%之间，则传感器正常，若测试系统实际输出值不在Y5 X 80 %至Y5 X 120 %之间，则传感器异常，需要对此异常传感器进一步的单独测试； (4)若对异常传感器进行单独测试，则采用不小于异常传感器最大采样率5倍的采样率来采集传感器数据，剔除超过传感器最高频率的信号数据，若测试系统检测到的脉冲个数及脉冲特征与施加在传感器上的脉冲个数及脉冲特征分别相同，且测试系统检测到的信号时间宽度与施加在传感器上信号的时间宽度相同，则传感器正常，否则，传感器异常。
【文档编号】G01D18/00GK104132685SQ201410360717
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】刘举涛, 闫新峰, 金文 , 李宝, 陈华杰, 李智中, 孟晨光, 王洪波, 鱼荔红, 吴丽美 申请人:北京航天长征飞行器研究所, 中国运载火箭技术研究院