CN103048013A - 可变环境下微纳传感器的自动加载平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于微纳器件标定测试的技术领域，具体是一种可变环境下微纳传感器的自动加载平台，解决了目前由于微纳器件，如压力传感器、加速度传感器等的特殊性，大多数的测试设备要求进行特定的环境测试、电气测、电气测试及机械测试。其包括传感器测试柜、自动加装子系统、控制子系统、数据网栅接口、高精度多通道数据采集板；所述控制子系统包括温度调整装置以及湿度调整装置、温度传感器和湿度传感器、轴上倾角传感器。本发明与现有的技术相比有如下优点：满足传感器多种参数的同时或分别测试需求，解决了以往只能实现环境单一变量测试的问题，适用于复杂环境测试场合；量实现标定、测试的高精度需求。

Description

可变环境下微纳传感器的自动加载平台

技术领域

本发明属于微纳器件标定测试的技术领域，具体是一种可变环境下微纳传感器的自动加载平台。

背景技术

随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展,微纳器件凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势,正逐步占据传感器市场,如加速度传感器是一种十分重要的测量加速力的电子活动检测器,它的工作原理是经典力学中的牛顿定律，其功能是测量运动物体（如飞机、导弹、人造卫星）的质心运动和姿态运动，进而可以对物体实现控制和导航。自面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。在环境因素对设备运行影响较大的工业现场，为评价设备所处的环境质量，需要对设备舱室的振动、温度、湿度参数进行长时间的远程监测。因此，对环境温湿度及振动的监测也尤为重要。

由于微纳器件的特殊性，大多数的测试设备需要进行特定的环境测试、电气测试及机械测试，缺乏通用性，而且测试系统中的机械和电气元件的成本是非常昂贵的，占据了器件制造成本的60%-80%。目前国际上普遍的微纳器件测试设备以定制或委托测试为主，价格昂贵。自定制的解决方案要求厂商自己进行研究，占据了大量的研发成本和时间。因此，微纳器件测试设备研发滞后严重阻碍了我国微纳传感器技术的发展，所以开发一套拥有自主知识产权的、适应于全系列微纳器件及传感器批量标定、测试的通用测试设备来解决大批量测试中测试系统的快速性、准确性、稳定性等问题，降低测试成本，提高生产效率，提升我国在通用仪器测试装备中的实用能力势在必行。

发明内容

本发明为了解决目前由于微纳器件，如压力传感器、加速度传感器等的特殊性，大多数的测试设备要求进行特定的环境测试、电气测、电气测试及机械测试，提供了一种可变环境下微纳传感器的自动加载平台。

本发明采用如下的技术方案实现：

可变环境下微纳传感器的自动加载平台，其特征在于包括传感器测试柜、自动加装子系统、控制子系统、数据网栅接口、高精度多通道数据采集板；

所述的传感器测试柜底部设置振动台，振动台上安装基板，基板上安装可相对基板升降、且可相对基板锁定的翻转台，翻转台的转动中心设置与其一体的转动轴连接转动电机，翻转台上固定若干传感器固定架；

所述自动加装子系统包括可变环境加载及系统控制单元PLC、控制自动加载平台倾角的轴上步进电机、控制自动加载平台振动频率的仓壁振动电机，PLC连接PLC控制卡板，PLC控制卡板连接轴上步进电机和仓壁振动电机，自动加装子系统主要完成对批量传感器平台的固定，加载平台的定制角度转动及预置频率的振动，同时预置参数作为所标测加速度传感器的标准参量。

所述控制子系统包括作用于传感器测试柜内部并通过PLC控制的温度调整装置以及湿度调整装置，还包括安装于传感器测试柜内部的温度传感器和湿度传感器、安装于振动台上的振动传感器以及安装于传感器规定架上的轴上倾角传感器。控制子系统主要利用高敏感度传感器对传感器测试柜内温湿度及振动频率以及平台倾角实时采集。

所述数据网栅接口设置与传感器测试柜上，数据网栅接口的数据输入口连接各传感器，数据网栅接口的数据输出口连接高精度多通道数据采集板，高精度多通道数据采集板连接PLC。控制子系统采集的温湿度及振动频率以及平台倾角通过高精度多通道数据采集及程控系统的高频采样处理，经A/D变换后，反馈信号传送至PLC，即取得温湿度、振动频率以及倾角测量值，测量值和温湿度、振动频率以及倾角设定值比较后获得偏差信号，这种信号通过串级PID控制器后，所得数字信号经D/A转化后可以得到控制信号。此控制信号即为驱动加装子系统的电信号，最终控制其完成一次温度或者湿度或者振动频率或者倾角测量值的设定。

所述数据网栅接口主要是利用PXI总线开发的一种可拓展的吞吐量较大的数据接口，该接口配合精度多通道数据采集及程控系统使用，数据采集系统采集传感器组的实测数据，并经过PCI板卡的打包处理，通过光电和电光转换模块传给上位机进行曲线描绘和数据Excel表格存盘。

 所述高精度多通道数据采集及程控系统主要由数据采集板卡和PLC控制板卡组成。数据采集板卡定时采集传感器的实测参数，待ADC转换完成后，FPGA依次读取各通道转换结果，模数转换器选用16位的SAR型AD7606，具有8通道以最大200ksps速率同步采样的能力，内部集成采样保持电路和提供过采样功能的数字滤波器，在以不同速率进行采样时，可以相应调整数字滤波器的过采样倍率，以提高信噪比性能。

本发明所述传感器加载平台结构合理，通过软件精准控制加载平台的环境参量配置，构建温度、湿度、角度可控的振动、多种环境变量的改变机构，并实现多环境变量的协同控制，满足传感器多种参数的同时或分别测试需求，实现全自动批量加速度传感器性能的各参数测试与数据曲线建立和分析，保证大批量测试中测试系统的快速性、准确性、稳定性等。

本发明与现有的技术相比有如下优点：

1、环境静态（温度，湿度、压力）参数，动态（振动频率、倾角，角速度、位移量）参数可同时控制，满足传感器多种参数的同时或分别测试需求，解决了以往只能实现环境单一变量测试的问题，适用于复杂环境测试场合；

2、上位机通过PLC控制板卡预设环境温度、湿度、压力、振动频率、倾角等参数，同时高精度多通道数据采集及程控系统采集传感器所输出的数据及各控制标量实现标定、测试的高精度需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-高精度多通道数据采集，2-通信光纤，3-可变环境加载及系统控制单元PLC，4-传感器电缆引接头，5-PLC控制板卡，6-倾角传感器，7-仓壁振动电机控制线，8-传感器自动装卡机构，9-轴上步进电机控制线，10-传感器自动加装电机控制线，11-空气压缩机控制线，12-加湿器控制线，13-仓壁振动电机，14-加湿器，15-加湿器喷头，16-传感器测试柜，17-空气压缩机，18-气仓，19-网栅接口，20-温、湿、振自动加载平台，21-可拓展网栅，22-传感器综合参数，23-环境参数控制线，24-环境综合参数线。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，可变环境下微纳传感器的自动加载平台，其特征在于包括传感器测试柜、自动加装子系统、控制子系统、数据网栅接口、高精度多通道数据采集板；

所述的传感器测试柜底部设置振动台，振动台上安装基板，基板上安装可相对基板升降、且可相对基板锁定的翻转台，翻转台的转动中心设置与其一体的转动轴连接转动电机，翻转台上固定若干传感器固定架；

所述自动加装子系统包括可变环境加载及系统控制单元PLC、控制自动加载平台倾角的轴上步进电机、控制自动加载平台振动频率的仓壁振动电机，PLC连接PLC控制卡板，PLC控制卡板连接轴上步进电机和仓壁振动电机；

所述控制子系统包括作用于传感器测试柜内部并通过PLC控制的温度调整装置以及湿度调整装置，还包括安装于传感器测试柜内部的温度传感器和湿度传感器、安装于振动台上的振动传感器以及安装于传感器规定架上的轴上倾角传感器；

所述数据网栅接口设置与传感器测试柜上，数据网栅接口的数据输入口连接各传感器，数据网栅接口的数据输出口连接高精度多通道数据采集板，高精度多通道数据采集板连接PLC。

实施例：

振动选用弹簧形式的振动台，翻转台的升降和锁定可以选用现有技术中的液压缸、气缸或者其他机械结构。

温度调整装置为空气压缩机，湿度调整装置为加湿器，利用空气压缩机、加湿器、步进电机来控制环境温度、湿度、振动控频率，由高灵敏的温度传感器、湿度传感器、轴上倾角传感器、振动传感器对环境温度、湿度、振动感应，通过所述高精度多通道数据采集及程控系统对所述传感器的感应数据进行高频采样处理后，将反馈信号传送至PLC，即取得温湿度测量值，测量值和所述自动加装子系统的温湿度设定值比较后获得偏差信号，这种信号通过串级PID控制器后得到控制信号。此控制信号即为驱动执行机构(本系统为空气压缩机、加湿器、仓壁振动电机等)的电信号，最终控制其完成温度、湿度和振动预置参数的执行，进而实现该平台的测试与标定。

本发明由PLC控制驱动信号来驱动空气压缩机，加湿器，步进电机来加载环境温湿振参数，由高灵敏的温度传感器、湿度传感器、轴上倾角传感器、振动传感器对环境温度、湿度、振动感应，通过所述高精度多通道数据采集及程控系统对所述传感器的感应数据进行高频采样处理后，将反馈信号传送至PLC，取得温湿度测量值，测量值和所述自动加装子系统的温湿度设定值比较后获得偏差信号，该信号通过串级PID控制器后，所得数字信号经D/A转化后可以得到控制信号，即驱动执行机构(本系统为空气压缩机、加湿器、仓壁振动电机等)的电信号，最终控制其完成温度、湿度和振动预置参数的执行。该平台主要通过PLC控制，分别选取温度、湿度、加载平台倾角、振动频率为主控变量，阀门开度为副控变量，主控制器采用了比例（P）、积分（I）、微分（D）三作用控制规律，副控制器采用比例积分作用控制规律。控制器的输出整定为内回路阀门控制的阀位给定。

Claims (1)

1. 一种可变环境下微纳传感器的自动加载平台，其特征在于包括传感器测试柜、自动加装子系统、控制子系统、数据网栅接口、高精度多通道数据采集板；

所述的传感器测试柜底部设置振动台，振动台上安装基板，基板上安装可相对基板升降、且可相对基板锁定的翻转台，翻转台的转动中心设置与其一体的转动轴连接转动电机，翻转台上固定若干传感器固定架；

所述自动加装子系统包括可变环境加载及系统控制单元PLC、控制自动加载平台倾角的轴上步进电机、控制自动加载平台振动频率的仓壁振动电机，PLC连接PLC控制卡板，PLC控制卡板连接轴上步进电机和仓壁振动电机；

所述控制子系统包括作用于传感器测试柜内部并通过PLC控制的温度调整装置以及湿度调整装置，还包括安装于传感器测试柜内部的温度传感器和湿度传感器、安装于振动台上的振动传感器以及安装于传感器规定架上的轴上倾角传感器；

所述数据网栅接口设置与传感器测试柜上，数据网栅接口的数据输入口连接各传感器，数据网栅接口的数据输出口连接高精度多通道数据采集板，高精度多通道数据采集板连接PLC。

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