CN103063879B - Mems加速度传感器的多参数批量测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MEMS加速度传感器的标定校准技术，具体是一种MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备。本发明解决了现有标定校准设备存在标定校准耗时长、标定校准效率低、标定校准能力有限、以及无法实现批量化自动标定校准的问题。MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备，包括可变环境装置、批量化标定测试平台、自动装卡平台、多通道数据采集系统、可变环境控制系统、装卡控制系统、以及主控制系统；批量化标定测试平台、自动装卡平台、可变环境控制系统均安装于可变环境装置内；多通道数据采集系统的信号输出端与主控制系统的信号输入端连接。本发明适用于MEMS加速度传感器的标定校准。

Description

MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备

技术领域

本发明涉及MEMS加速度传感器的标定校准技术，具体是一种MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备。

背景技术

MEMS加速度传感器广泛应用于汽车工业、工业过程控制、医用保健、消费类电子、环保等领域。MEMS加速度传感器在研制后及使用前均需要通过各种试验进行性能参数的标定校准。根据不同的标定校准要求，MEMS加速度传感器需要进行力学试验、环境试验、长时间稳定性和重复性试验等。其中，力学试验又分为静力学试验和动力学试验。静力学试验包括重力场翻转试验、离心试验等。动力学试验包括动态试验、振动试验等。环境试验包括温度性能试验、电磁兼容试验等。在现有技术条件下，用于进行MEMS加速度传感器的性能参数的标定校准的设备主要有分度头（用于重力场翻转试验）、离心机（用于离心试验）、振动台（用于振动试验）、温度试验箱（用于温度性能试验）等。实践表明，上述标定校准设备由于自身结构所限，存在如下问题：一、在进行标定校准时，上述各种标定校准设备只能单独使用，因此MEMS加速度传感器的静力学试验、动力学试验、温度性能试验只能分开进行。这便导致标定校准耗时长、标定校准效率低。通常情况下，完成单个MEMS加速度传感器的静力学试验需要耗时0.5个小时左右，完成动力学试验需要耗时0.5个小时左右，加上传感器的手工装卡时间和数据处理时间，完成单个MEMS加速度传感器的力学试验至少需要耗时1.5个小时/人。完成单个MEMS加速度传感器的温度性能试验则需要耗时更长。二、在进行标定校准时，上述各种标定校准设备只能在常温下使用，而MEMS加速度传感器的实际使用环境却是复杂多变的，因此上述各种标定校准设备的标定校准能力有限，其通常无法发现MEMS加速度传感器在实际使用中的各种隐患，从而增大了MEMS加速度传感器的使用成本。三、在进行标定校准时，上述各种标定校准设备只能进行单件手动标定校准，因此在对批量MEMS加速度传感器进行标定校准时，上述各种标定校准设备只能抽样进行标定校准。这便导致无法得到MEMS加速度传感器的真实性能参数，并导致标定校准效率低、标定校准成本高。综上所述，现有标定校准设备存在标定校准耗时长、标定校准效率低、标定校准能力有限、以及无法实现批量化自动标定校准的问题。基于此，有必要发明一种全新的标定校准设备，以解决现有标定校准设备存在的上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有标定校准设备存在标定校准耗时长、标定校准效率低、标定校准能力有限、以及无法实现批量化自动标定校准的问题，提供了一种MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备。

本发明是采用如下技术方案实现的：MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备，包括可变环境装置、批量化标定测试平台、自动装卡平台、多通道数据采集系统、可变环境控制系统、装卡控制系统、以及主控制系统；批量化标定测试平台、自动装卡平台、可变环境控制系统均安装于可变环境装置内；多通道数据采集系统的信号输出端与主控制系统的信号输入端连接；可变环境装置的信号传输端通过可变环境控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台的信号传输端通过装卡控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台与批量化标定测试平台配合连接。

工作时，将MEMS加速度传感器安装于批量化标定测试平台上，并将MEMS加速度传感器的信号输出端与多通道数据采集系统的信号输入端连接。具体工作过程包括：一、当进行静力学试验时，主控制系统通过装卡控制系统控制自动装卡平台进行动作，使得自动装卡平台与批量化标定测试平台进行连接。然后，主控制系统依次通过装卡控制系统、自动装卡平台控制批量化标定测试平台和MEMS加速度传感器一起进行翻转，MEMS加速度传感器通过多通道数据采集系统向主控制系统输出信号，由此对MEMS加速度传感器的静态性能参数进行标定校准。二、当进行动力学试验时，主控制系统通过装卡控制系统控制自动装卡平台进行动作，使得自动装卡平台与批量化标定测试平台进行分离。然后，批量化标定测试平台和MEMS加速度传感器一起进行振动，MEMS加速度传感器通过多通道数据采集系统向主控制系统输出信号，由此对MEMS加速度传感器的动态性能参数进行标定校准。三、当进行温度性能试验时，主控制系统通过可变环境控制系统实时控制可变环境装置内的温度和湿度，MEMS加速度传感器通过多通道数据采集系统向主控制系统输出信号，由此对MEMS加速度传感器的温度性能参数进行标定校准。基于上述过程，与现有标定校准设备相比，本发明所述的MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备具有如下优点：一、在进行标定校准时，通过自动装卡平台能够自动转换批量化标定测试平台和MEMS加速度传感器的翻转和振动，实现了静力学试验和动力学试验的自动转换，因此本发明所述的MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备的标定校准耗时更短、标定校准效率更高。二、在进行标定校准时，主控制系统能够通过可变环境控制系统实时控制可变环境装置内的温度和湿度，实现了在温湿度单项与多项组合模拟可变环境的条件下对MEMS加速度传感器进行标定校准，因此本发明所述的MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备的标定校准能力更强，其能够发现MEMS加速度传感器在实际使用中的各种隐患，从而降低了MEMS加速度传感器的使用成本。三、在进行标定校准时，批量化标定测试平台上能够安装批量MEMS加速度传感器，实现了对MEMS加速度传感器进行批量化自动标定校准，因此本发明所述的MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备能够得到MEMS加速度传感器的真实性能参数，其标定校准效率更高、标定校准成本更低。综上所述，本发明所述的MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备通过采用全新结构，有效解决了现有标定校准设备存在标定校准耗时长、标定校准效率低、标定校准能力有限、以及无法实现批量化自动标定校准的问题。

本发明有效解决了现有标定校准设备存在标定校准耗时长、标定校准效率低、标定校准能力有限、以及无法实现批量化自动标定校准的问题，适用于MEMS加速度传感器的标定校准。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的可变环境装置、批量化标定测试平台、自动装卡平台的结构示意图。

图3是本发明的多通道数据采集系统的结构示意图。

图4是本发明的主控制系统的结构示意图。

图中：1-箱体，2-振动台体，3-振动台面，4-槽形载台，5-智能扣件，6-驱动电机，7-横向传动螺母，8-横向丝杠，9-竖向传动螺母，10-竖向丝杠。

具体实施方式

MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备，包括可变环境装置、批量化标定测试平台、自动装卡平台、多通道数据采集系统、可变环境控制系统、装卡控制系统、以及主控制系统；批量化标定测试平台、自动装卡平台、可变环境控制系统均安装于可变环境装置内；多通道数据采集系统的信号输出端与主控制系统的信号输入端连接；可变环境装置的信号传输端通过可变环境控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台的信号传输端通过装卡控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台与批量化标定测试平台配合连接；

所述可变环境装置包括箱体1；

所述批量化标定测试平台包括振动台体2、振动台面3、以及槽形载台4；振动台体2固定于箱体1的内底面；振动台面3固定于振动台体2的上表面；槽形载台4的外底面放置于振动台面3的上表面，且槽形载台4的外侧面开设有销孔；

所述自动装卡平台包括智能扣件5、驱动电机6、横向传动螺母7、横向丝杠8、竖向传动螺母9、以及竖向丝杠10；智能扣件5固定于振动台面3的上表面，且智能扣件5扣接于槽形载体3的内底面；驱动电机6的输出轴端面垂直固定有销子，且销子与销孔位置对应；横向传动螺母7固定于驱动电机6的机座侧壁；横向丝杠8与横向传动螺母7配套；竖向传动螺母9固定于驱动电机6的机座侧壁；竖向丝杠10与竖向传动螺母9配套；

所述多通道数据采集系统包括阻抗匹配电路、减法电路、抗混叠滤波器、放大电路、同步采样ADC、FPGA、以及基准电压源；阻抗匹配电路的信号输出端与减法电路的信号输入端连接；减法电路的信号输出端与抗混叠滤波器的信号输入端连接；抗混叠滤波器的信号输出端与放大电路的信号输入端连接；放大电路的信号输出端与同步采样ADC的信号输入端连接；同步采样ADC的信号输出端与FPGA的信号输入端连接；FPGA的信号输出端与同步采样ADC的信号输入端连接；基准电压源的供电输出端分别与减法电路的供电输入端、同步采样ADC的供电输入端连接；

所述可变环境控制系统温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、振动传感器、加热器、制冷器、以及加湿器；温度传感器、湿度传感器、加热器、制冷器、加湿器均安装于箱体1内；倾角传感器安装于槽形载台4上；振动传感器安装于振动台面3上； 

所述装卡控制系统包括步进电机；步进电机的输出轴分别与横向丝杠8、竖向丝杠10连接；

所述主控制系统包括微型计算机、PLC、采样控制单元、输出单元、打印机、以及显示器；微型计算机的信号传输端分别与PLC的信号传输端、FPGA的信号传输端连接；采样控制单元的信号输入端分别与加热器的信号输出端、制冷器的信号输出端、加湿器的信号输出端、步进电机的信号输出端、湿度传感器的信号输出端、温度传感器的信号输出端、倾角传感器的信号输出端、振动传感器的信号输出端连接；采样控制单元的信号输出端与PLC的信号输入端连接；输出单元的信号输入端与PLC的信号输出端连接；输出单元的信号输出端分别与加热器的信号输入端、制冷器的信号输入端、加湿器的信号输入端、步进电机的信号输入端连接；打印机的信号输入端、显示器的信号输入端均与微型计算机的信号输出端连接；

工作时，将MEMS加速度传感器安装于槽状载台上，并将MEMS加速度传感器的信号输出端与阻抗匹配电路的信号输入端连接。具体工作过程包括：一、当进行静力学试验时，微型计算机依次通过PLC、输出单元控制步进电机进行正向旋转，步进电机带动横向丝杠进行正向旋转，横向丝杠通过横向传动螺母带动驱动电机向前运动，使得驱动电机的输出轴上的销子向前插入销孔。然后，微型计算机依次通过PLC、输出单元控制步进电机进行正向旋转，步进电机带动竖向丝杠进行正向旋转，竖向丝杠通过竖向传动螺母带动驱动电机、槽形载台、MEMS加速度传感器一起向上运动。当向上运动到一定高度时，启动驱动电机，驱动电机的输出轴带动槽形载台和MEMS加速度传感器一起进行正向旋转，MEMS加速度传感器输出模拟量信号，模拟量信号依次通过阻抗匹配电路、减法电路、抗混叠滤波器、放大电路、同步采样ADC转换为数字量信号，数字量信号通过FPGA输入到微型计算机，最终分别通过打印机、显示器进行打印、显示，由此对MEMS加速度传感器的静态性能参数进行标定校准。在此过程中，倾角传感器实时采集槽形载台的倾角，所采集到的信号依次通过采样控制单元、PLC输入到微型计算机。二、当进行动力学试验时，微型计算机依次通过PLC、输出单元控制步进电机进行反向旋转，步进电机带动竖向丝杠进行反向旋转，竖向丝杠通过竖向传动螺母带动驱动电机、槽形载台、MEMS加速度传感器一起向下运动。当向下运动到振动台面时，启动智能扣件，智能扣件将槽形载台扣接固定于振动台面上。然后，微型计算机依次通过PLC、输出单元控制步进电机进行反向旋转，步进电机带动横向丝杠进行反向旋转，横向丝杠通过横向传动螺母带动驱动电机向后运动，使得驱动电机的输出轴上的销子向后退出销孔。而后，微型计算机依次通过PLC、输出单元控制步进电机进行正向旋转，步进电机带动竖向丝杠进行正向旋转，竖向丝杠通过竖向传动螺母带动驱动电机向上运动一段距离。最后，启动振动台体和振动台面，振动台面带动槽形载台和MEMS加速度传感器一起进行振动，MEMS加速度传感器输出模拟量信号，模拟量信号依次通过阻抗匹配电路、减法电路、抗混叠滤波器、放大电路、同步采样ADC转换为数字量信号，数字量信号通过FPGA输入到微型计算机，最终分别通过打印机、显示器进行打印、显示，由此对MEMS加速度传感器的动态性能参数进行标定校准。在此过程中，振动传感器实时采集振动台面的振动频率，所采集到的信号依次通过采样控制单元、PLC输入到微型计算机。三、当进行温度性能试验时，湿度传感器实时采集可变环境装置内的湿度，温度传感器实时采集可变环境装置内的温度，所采集到的信号依次通过采样控制单元、PLC输入到微型计算机，微型计算机依次通过PLC、输出单元、加热器、制冷器、加湿器实时控制可变环境装置内的温度和湿度，MEMS加速度传感器输出模拟量信号，模拟量信号依次通过阻抗匹配电路、减法电路、抗混叠滤波器、放大电路、同步采样ADC转换为数字量信号，数字量信号通过FPGA输入到微型计算机，最终分别通过打印机、显示器进行打印、显示，由此对MEMS加速度传感器的温度性能参数进行标定校准。

Claims (1)

1.一种MEMS加速度传感器的多参数批量测试设备，其特征在于：包括可变环境装置、批量化标定测试平台、自动装卡平台、多通道数据采集系统、可变环境控制系统、装卡控制系统、以及主控制系统；批量化标定测试平台、自动装卡平台、可变环境控制系统均安装于可变环境装置内；多通道数据采集系统的信号输出端与主控制系统的信号输入端连接；可变环境装置的信号传输端通过可变环境控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台的信号传输端通过装卡控制系统与主控制系统的信号传输端连接；自动装卡平台与批量化标定测试平台配合连接；

所述可变环境装置包括箱体（1）；

所述批量化标定测试平台包括振动台体（2）、振动台面（3）、以及槽形载台（4）；振动台体（2）固定于箱体（1）的内底面；振动台面（3）固定于振动台体（2）的上表面；槽形载台（4）的外底面放置于振动台面（3）的上表面，且槽形载台（4）的外侧面开设有销孔；

所述自动装卡平台包括智能扣件（5）、驱动电机（6）、横向传动螺母（7）、横向丝杠（8）、竖向传动螺母（9）、以及竖向丝杠（10）；智能扣件（5）固定于振动台面（3）的上表面，且智能扣件（5）扣接于槽形载台（4）的内底面；驱动电机（6）的输出轴端面垂直固定有销子，且销子与销孔位置对应；横向传动螺母（7）固定于驱动电机（6）的机座侧壁；横向丝杠（8）与横向传动螺母（7）配套；竖向传动螺母（9）固定于驱动电机（6）的机座侧壁；竖向丝杠（10）与竖向传动螺母（9）配套；

所述多通道数据采集系统包括阻抗匹配电路、减法电路、抗混叠滤波器、放大电路、同步采样ADC、FPGA、以及基准电压源；阻抗匹配电路的信号输出端与减法电路的信号输入端连接；减法电路的信号输出端与抗混叠滤波器的信号输入端连接；抗混叠滤波器的信号输出端与放大电路的信号输入端连接；放大电路的信号输出端与同步采样ADC的信号输入端连接；同步采样ADC的信号输出端与FPGA的信号输入端连接；FPGA的信号输出端与同步采样ADC的信号输入端连接；基准电压源的供电输出端分别与减法电路的供电输入端、同步采样ADC的供电输入端连接；

所述可变环境控制系统包括温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、振动传感器、加热器、制冷器、以及加湿器；温度传感器、湿度传感器、加热器、制冷器、加湿器均安装于箱体（1）内；倾角传感器安装于槽形载台（4）上；振动传感器安装于振动台面（3）上； 

所述装卡控制系统包括步进电机；步进电机的输出轴分别与横向丝杠（8）、竖向丝杠（10）连接；

所述主控制系统包括微型计算机、PLC、采样控制单元、输出单元、打印机、以及显示器；微型计算机的信号传输端分别与PLC的信号传输端、FPGA的信号传输端连接；采样控制单元的信号输入端分别与加热器的信号输出端、制冷器的信号输出端、加湿器的信号输出端、步进电机的信号输出端、湿度传感器的信号输出端、温度传感器的信号输出端、倾角传感器的信号输出端、振动传感器的信号输出端连接；采样控制单元的信号输出端与PLC的信号输入端连接；输出单元的信号输入端与PLC的信号输出端连接；输出单元的信号输出端分别与加热器的信号输入端、制冷器的信号输入端、加湿器的信号输入端、步进电机的信号输入端连接；打印机的信号输入端、显示器的信号输入端均与微型计算机的信号输出端连接。