作者：秦莉娜  王朝誌  鄧兆敏 （北京中科泛華測控技術有限公司，北京  100083）

摘要： 本文介紹了一種基於柔性測試技術的磁感應式位置傳感器標定與檢測係統平台。係統以LabVIEW和TestStand為開發平台，采用高性能的硬件設備，在溫度控製
、電氣控製、運動控製等方麵均達到了高精度的測試要求，可滿足多種位置傳感器的標定和檢測要求，具備良好的測試性能和較高的可擴展性。

關鍵詞：LabVIEW；TestStand
；位置傳感器
；柔性測試技術

Abstract：A Calibration and Test Platform for Position Sensor based on Flexible Testing Technology is introduced in this paper. The system is developed based on LabVIEW and TestStand and meets high-precision requirements in temperature control, electrical control and mechanical control with high-performance hardware. The system is adapted to various smart position sensors and has good test performance and high-expansibility.
Keywords: LabVIEW；TestStand
；Position Sensor

；Flexible Testing Technology

0 引言

“柔性測試”jishushiyiceshiceliangxitongdezhengtigongnengjixingnengweiguanzhuduixiang，duimanzuceshiceliangxitongxuqiudefangfaheshouduanjinxingyanjiujikaifadejishu，caiyonggaoxingnengdemokuaihuayingjian，peihelinghuogaoxiaodeceshiruanjianlaiwanchenggezhongceshicelianghezidonghuakongzhideyingyong。tazhenghelexuniyiqi
、測試測量、機電一體化、網絡通訊及軟件等多種技術，以測試係統的精確性、準確性
、可靠性、適應性、靈活性和拓展性為研究目標
；既麵向應用
，又專注於測試行業的發展，推動著現代測試技術在實際應用中的快速發展。
本係統是一套基於柔性測試技術理念開發的平台式位置傳感器標定與檢測係統，能夠完成對多種位置傳感器進行標定與檢測。靈活的LabVIEW圖形化編程語言與高效的TestStand測試流程管理軟件相結合
，集成模塊化硬件平台以及多種通訊方式

，使係統可以對直線位置傳感器
、jiaoduweizhichuanganqiyijixuanzhuanweizhichuanganqijinxingbiaodinghejiance，jinengmanzugaojingdudeceshiyaoqiu，youdadatigaolexitongdelinghuoxinghekuozhanxing
，chongfentixianlerouxingceshijishudeyoushi。

係統原理

位置傳感器就類型而言分為直線位置傳感器、角度位置傳感器和旋轉位置傳感器，每種傳感器又分為不同的規格
，比如直線位置傳感器就包含多種長度和靈敏度規格。
位wei置zhi傳chuan感gan器qi是shi一yi種zhong磁ci敏min感gan傳chuan感gan器qi，針zhen對dui不bu同tong強qiang度du的de磁ci場chang會hui有you不bu同tong的de信xin號hao輸shu出chu，本ben係xi統tong采cai用yong特te定ding的de磁ci極ji在zai傳chuan感gan器qi周zhou圍wei移yi動dong產chan生sheng需xu要yao的de磁ci場chang

，來lai建jian立li標biao定ding、校準和測試該類傳感器所需的磁場環境。
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xiao準zhun和he檢jian測ce，隻zhi有you標biao定ding後hou通tong過guo校xiao準zhun和he測ce試shi的de傳chuan感gan器qi才cai能neng在zai實shi際ji中zhong使shi用yong。標biao定ding和he測ce試shi過guo程cheng都dou需xu要yao在zai高gao精jing度du的de磁ci場chang變bian換huan環huan境jing中zhong進jin行xing，係xi統tong采cai用yong直zhi線xian與yu旋xuan轉zhuan兩liang個ge工gong作zuo台tai實shi現xian對dui直zhi線xian型xing
、xuanzhuanxingweizhichuanganqidebiaodinghejiance。tongshibenxitongjichenglewanshandewendukongzhigongneng，keyiduichuanganqideceshihuanjingjinxinghengwenkongzhi，bingduixuyaodechuanganqijinxingbiyaodehengwenhuanjingxiaxiaozhunyujiance，duichuanganqideshuchuxinhaojinxingwendubuchang，yitigaoduiwenduyingxiangminganleichuanganqishuchudejingdu。benxitongkeyijianli0℃～125℃範圍內任意溫度點的恒溫環境控製，並且可以達到較高的精度。

圖1 係統實現原理

在zai完wan整zheng功gong能neng測ce試shi的de模mo式shi下xia，係xi統tong會hui將jiang測ce試shi箱xiang內nei的de傳chuan感gan器qi及ji測ce試shi夾jia具ju穩wen定ding在zai一yi個ge設she定ding的de溫wen度du，同tong時shi運yun動dong控kong製zhi係xi統tong會hui控kong製zhi磁ci極ji沿yan著zhe傳chuan感gan器qi磁ci感gan應ying方fang向xiang做zuo步bu進jin式shi移yi動dong
，同tong時shi采cai集ji傳chuan感gan器qi的de反fan饋kui信xin號hao作zuo為wei原yuan始shi數shu據ju

，並bing根gen據ju特te定ding的de算suan法fa計ji算suan出chu傳chuan感gan器qi的de標biao定ding參can數shu，然ran後hou根gen據ju不bu同tong的de傳chuan感gan器qi通tong信xin協xie議yi將jiang參can數shu寫xie入ru傳chuan感gan器qi的de芯xin片pian，完wan成cheng對dui傳chuan感gan器qi的de標biao定ding。如ru果guo傳chuan感gan器qi標biao定ding需xu要yao考kao慮lv溫wen度du的de影ying響xiang，可ke以yi在zai低di溫wen和he高gao溫wen兩liang個ge溫wen度du下xia進jin行xing相xiang應ying的de原yuan始shi數shu據ju采cai集ji和he標biao定ding處chu理li
，來lai進jin行xing溫wen度du的de補bu償chang校xiao準zhun
，同tong時shi係xi統tong還hai可ke以yi對dui經jing過guo標biao定ding和he校xiao準zhun的de傳chuan感gan器qi進jin行xing全quan功gong能neng的de檢jian測ce，檢jian查zha傳chuan感gan器qi是shi否fou符fu合he生sheng產chan要yao求qiu
，係xi統tong實shi現xian原yuan理li如ru圖tu1所示。傳感器的標定和檢測流程都需要在高精度的位置控製環境下完成，本係統最高控製精度可以達到1μm。

2硬件設計

係統在設計時選用了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製


，並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，係統設計了“柔性”的硬件平台，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台，對於直線位置傳感器，分別配置了75mm、150mm和225mmdengduozhongguigedejiaju，genghuanchuanganqishi，zhixuyaogenghuanduiyingdejiajujike
，duiyujiaoduweizhichuanganqihexuanzhuanweizhichuanganqi，zhixuyaogenghuanceshitaijike
，linghuodeyingjianpeizhi
，shixitongjuyoulianghaodeshiyingxinghekuozhanxing。
係統中使用的主要硬件及其功能如下表描述：
表一 係統硬件組成及其功能

xitongcaiyongkuaisujiareqiduiweizhichuanganqijiqiceshihuanjingjinxingjiare。kuaisujiareqishiyizhongzhinenggaodiwenchuifengji，keyigenjumubiaowenduhedangqianwendudechayizidongshuchubutongwenduhebutongliuliangdeqitiduiwutijinxingjiarehuozhezhileng。
為(wei)了(le)實(shi)時(shi)檢(jian)測(ce)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)，在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)旁(pang)設(she)置(zhi)了(le)熱(re)電(dian)偶(ou)，待(dai)傳(chuan)感(gan)器(qi)穩(wen)定(ding)在(zai)目(mu)標(biao)溫(wen)度(du)以(yi)後(hou)，再(zai)控(kong)製(zhi)滑(hua)台(tai)帶(dai)動(dong)磁(ci)極(ji)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)方(fang)移(yi)動(dong)。係(xi)統(tong)選(xuan)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)的(de)直(zhi)線(xian)滑(hua)台(tai)來(lai)完(wan)成(cheng)磁(ci)極(ji)的(de)移(yi)動(dong)，由(you)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)卡(ka)發(fa)送(song)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)到(dao)滑(hua)台(tai)驅(qu)動(dong)器(qi)
，滑(hua)台(tai)驅(qu)動(dong)器(qi)再(zai)控(kong)製(zhi)滑(hua)台(tai)帶(dai)動(dong)磁(ci)極(ji)移(yi)動(dong)
，精(jing)度(du)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)1μm，滿足測試精度要求。
為wei了le減jian少shao加jia熱re時shi的de熱re量liang損sun失shi
，保bao證zheng傳chuan感gan器qi處chu於yu穩wen定ding的de溫wen度du環huan境jing中zhong，同tong時shi也ye為wei了le保bao證zheng加jia熱re和he磁ci極ji移yi動dong時shi操cao作zuo人ren員yuan的de安an全quan
，該gai係xi統tong采cai用yong溫wen箱xiang結jie構gou，即ji在zai操cao作zuo台tai上shang設she置zhi一yi個ge盒he式shi溫wen箱xiang，傳chuan感gan器qi的de加jia熱re過guo程cheng以yi及ji磁ci極ji的de移yi動dong過guo程cheng在zai溫wen箱xiang裏li完wan成cheng。為wei了le保bao證zheng滑hua台tai不bu受shou溫wen度du影ying響xiang
，在zai測ce試shi箱xiang內nei部bu，設she置zhi了leZxinglianjiebi
，jiangcijigudingzailianjiebidingbu，jianglianjiebidibushenchuxiangtiwaibuyuhuataixianglian，zhezhongshejijibaozhenglecijiyidongdezhunqueweizhi，youbaozhenghuataibushouwendubianhuadeyingxiang。
zaiceshixiangtiwaicehaishezhiledianzisuo，anxiaceshianniuhoudianzisuohuizidongjiangceshixiangsuozhu，zhidaoceshijieshu，dianzisuozidongdakai，baozhenglezaiceshiguochengzhongcaozuorenyuandeanquanyijiceshihuanjingwendudewending。
在係統安全方麵，本係統還設計了看門狗，操作界麵上的監控指示燈會實時顯示係統操作狀態
，軟件每隔2s向硬件發送係統狀態信號，如果在30s內沒有任何操作，係統將自動切斷操作台的電源，起到保護係統的作用。
係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製安全繼電器切斷工作台電源。
除此以外，係統還設計了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。

3軟件設計

3.1測試流程

係統測試軟件包括兩部分內容，一部分是係統正常運行的基本操作係統，我們選用目前應用最廣泛的Windows操作係統；另一部分是測試軟件的開發平台，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台式測試係統。
本係統使用LabVIEW搭建人機交互界麵
，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，隻需要加載不同的Sequence文件即可以完成對不同類型傳感器的測試
，真正實現了平台式測試係統。
測試流程如圖2所示。

圖2 位置傳感器標定與測試流程

軟(ruan)件(jian)啟(qi)動(dong)後(hou)，首(shou)先(xian)對(dui)係(xi)統(tong)硬(ying)件(jian)進(jin)行(xing)初(chu)始(shi)化(hua)

，確(que)保(bao)設(she)備(bei)處(chu)於(yu)正(zheng)常(chang)狀(zhuang)態(tai)。初(chu)始(shi)化(hua)之(zhi)後(hou)，操(cao)作(zuo)員(yuan)要(yao)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)放(fang)置(zhi)到(dao)測(ce)試(shi)夾(jia)具(ju)上(shang)，在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)底(di)部(bu)設(she)置(zhi)了(le)光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)被(bei)測(ce)件(jian)有(you)無(wu)。按(an)下(xia)開(kai)始(shi)測(ce)試(shi)按(an)鈕(niu)後(hou)，快(kuai)速(su)加(jia)熱(re)器(qi)首(shou)先(xian)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)其(qi)所(suo)處(chu)的(de)環(huan)境(jing)進(jin)行(xing)加(jia)熱(re)，待(dai)傳(chuan)感(gan)器(qi)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)後(hou)，開(kai)始(shi)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)標(biao)定(ding)
，隻(zhi)有(you)標(biao)定(ding)成(cheng)功(gong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)
，如(ru)果(guo)標(biao)定(ding)不(bu)成(cheng)功(gong)，則(ze)測(ce)試(shi)失(shi)敗(bai)，記(ji)錄(lu)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)和(he)失(shi)敗(bai)原(yuan)因(yin)
，完(wan)成(cheng)本(ben)次(ci)測(ce)試(shi)。標(biao)定(ding)成(cheng)功(gong)後(hou)，繼(ji)續(xu)對(dui)被(bei)測(ce)件(jian)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)和(he)測(ce)試(shi)

，讀(du)取(qu)被(bei)測(ce)件(jian)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)，將(jiang)測(ce)試(shi)值(zhi)與(yu)標(biao)準(zhun)值(zhi)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，如(ru)果(guo)測(ce)試(shi)值(zhi)在(zai)標(biao)準(zhun)值(zhi)範(fan)圍(wei)內(nei)
，則(ze)判(pan)定(ding)該(gai)產(chan)品(pin)為(wei)合(he)格(ge)品(pin)，否(fou)則(ze)為(wei)不(bu)合(he)格(ge)品(pin)，最(zui)後(hou)對(dui)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)和(he)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)記(ji)錄(lu)，輸(shu)出(chu)報(bao)表(biao)，並(bing)且(qie)將(jiang)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)到(dao)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)。

3.2功能模塊

係統軟件在功能實現上采用模塊化的實現方式
，即特定模塊實現特定功能
，主要包括訂單管理模塊、數據查看模塊、調試工具模塊、參數配置模塊、操作窗口切換模塊
、用戶管理模塊以及係統幫助模塊
，每個模塊又包含不同功能的子模塊。係統軟件功能模塊如圖3所示。

圖3 軟件功能模塊

訂單管理模塊主要完成對被測件進行管理
，包括新開工單、查看訂單、關閉訂單三種操作
，便於對被測件的信息進行跟蹤管理。
數據查看模塊主要實現對測試數據和測試結果的查看
，包括Excel數據查看
、日誌數據查看和界麵語言選擇，Excel數(shu)據(ju)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)被(bei)測(ce)件(jian)的(de)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)和(he)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)，日(ri)誌(zhi)數(shu)據(ju)包(bao)括(kuo)係(xi)統(tong)的(de)操(cao)作(zuo)信(xin)息(xi)，界(jie)麵(mian)語(yu)言(yan)選(xuan)擇(ze)可(ke)以(yi)切(qie)換(huan)不(bu)同(tong)的(de)操(cao)作(zuo)語(yu)言(yan)，係(xi)統(tong)默(mo)認(ren)設(she)置(zhi)了(le)英(ying)文(wen)和(he)中(zhong)文(wen)兩(liang)種(zhong)操(cao)作(zuo)語(yu)言(yan)，除(chu)此(ci)以(yi)外(wai)，還(hai)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)用(yong)戶(hu)的(de)需(xu)要(yao)添(tian)加(jia)多(duo)種(zhong)操(cao)作(zuo)語(yu)言(yan)。
調試工具模塊主要完成係統硬件的單步調試工作
，包括電源調試、數字I/O調試
、快速加熱器調試
、傳感器通訊和電機調試，便於檢測係統硬件故障。
參數配置模塊主要完成係統的配置信息
，包括傳感器參數配置、係統定期任務配置和計數器配置。
操cao作zuo窗chuang口kou模mo塊kuai用yong於yu切qie換huan不bu同tong的de操cao作zuo窗chuang口kou，係xi統tong默mo認ren是shi生sheng產chan模mo式shi
，生sheng產chan模mo式shi下xia隻zhi能neng進jin行xing生sheng產chan測ce試shi
，工gong程cheng師shi模mo式shi下xia可ke以yi進jin行xing單dan步bu測ce試shi，跟gen蹤zong每mei一yi步bu測ce試shi過guo程cheng。
用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)模(mo)塊(kuai)主(zhu)要(yao)完(wan)成(cheng)用(yong)戶(hu)登(deng)陸(lu)和(he)用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)。該(gai)係(xi)統(tong)配(pei)置(zhi)了(le)多(duo)個(ge)級(ji)別(bie)用(yong)戶(hu)
，不(bu)同(tong)級(ji)別(bie)的(de)用(yong)戶(hu)擁(yong)有(you)不(bu)同(tong)的(de)操(cao)作(zuo)權(quan)限(xian)，可(ke)以(yi)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)信(xin)息(xi)的(de)安(an)全(quan)。
係統幫助模塊主要包含係統開發人員的信息和係統的相關幫助文件。

軟件界麵如圖4所示。

圖4 軟件界麵

4結束語

智能位置傳感器標定與檢測係統平台是我公司在原有其它傳感器測試係統基礎上研製的。該係統以柔性測試技術為設計思想，采用LabVIEW結合TestStand作(zuo)為(wei)軟(ruan)件(jian)平(ping)台(tai)，配(pei)合(he)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)硬(ying)件(jian)平(ping)台(tai)，實(shi)現(xian)了(le)對(dui)多(duo)種(zhong)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)標(biao)定(ding)和(he)檢(jian)測(ce)的(de)過(guo)程(cheng)
，是(shi)一(yi)套(tao)名(ming)副(fu)其(qi)實(shi)的(de)平(ping)台(tai)式(shi)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)。該(gai)係(xi)統(tong)在(zai)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)
、電氣控製和機械結構控製方麵均達到了高精度的測試要求，滿足測試結果的精確性和準確性，係統通過GR&R測試，是一套高精度的自動化測試係統。目前該係統已經成功應用於某知名傳感器生產廠商的生產線上。

參考文獻：
【1】王朝誌等.基於虛擬儀器技術的汽車爆震傳感器測試係統的研製.