CN104501854B

CN104501854B - 基于teds传感器和矩阵开关技术的智能测试系统及测试方法

Info

Publication number: CN104501854B
Application number: CN201410733474.7A
Authority: CN
Inventors: 邓士杰; 唐力伟; 于贵波; 丁超; 苏续军; 张礼学; 张林锐
Original assignee: Ordnance Engineering College of PLA
Current assignee: Ordnance Engineering College of PLA
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: CN104501854A

Abstract

本发明公开了一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统及测试方法，所述测试系统的测试流程包括以下步骤：（一）读取传感器TEDS信息；（二）调理模块组自动配置；（三）采集通道的自动切换；（四）传感器数据的非线性校正；（五）数据解析。本发明检测过程简单，无需人工输入传感器信息，且无需人工更换调理模块和切换测试通道，极大提高了检测效率。本发明适用于经过智能化改造后的传感器输出信号的自动调理和自动测试。

Description

基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于自动测试系统领域，涉及一种智能测试系统，具体地说是一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，同时本发明还涉及基于传感器TEDS信息对上述系统传感器数据的非线性校正技术。

背景技术

传统测试系统如图1所示。包括：被测对象、传感器、调理模块、数据采集模块、基于计算机的控制系统及显示平台。传感器负责将被测物理量转换成更易于处理的电参量；调理模块负责将电信号转换为满足系统要求的电压信号；数据采集模块负责将模拟信号转换成能被计算机识别的离散的二进制数字信号；基于计算机的控制系统及显示平台负责将采集到的数字信号进行分析、处理和显示。

上述传统测试系统的测试流程为：

（1）将传感器直接或通过相应的传感器夹具安装在被测对象上，进行信号的测量；

（2）被测信号从传感器传出后，传输到对应的调理模块组i中的调理模块进行信号的调理（例如：信号类型的转换、信号幅值的放大或缩小、滤波等）；

（3）将调理好的信号传输到数据采集模块进行模数变换，将模拟信号转换为能被计算机识别的离散的二进制数据；

（4）基于计算机的控制系统对二进制数据进行分析、处理，等处理完成后，通过基于计算机的显示平台将测试结果再显示给用户。

由于传统测式系统中的传感器为普通传感器，普通传感器与其传统测试系统进行连接配置时，需要大量的人工参与才能完成对被测对象所产生信号的测试任务（例如传感器的布线、传感器参数的输入、调理模块的配置等），导致工作量大、工作繁琐，且极容易出现错误。同时，在实际测试中，面对测试需求和传感器的不同调理需求，为了获取被检测对象产生的信号并将被测信号调理到数据采集模块能够接收的范围内，需要经常更换传感器和相应的调理模块，而上述通道的布线，传感器和调理模块的更换、连接工作也是需要人工完成的，在综合测试过程中同样会出现大量的连接任务，造成工作繁琐且易出现人工误操作。

此外，传统的检测系统中，由于储能元件特性、转换电路特性以及环境因素等原因，传感器的输入和输出存在误差，为了保证测量精度，需要利用传感器的近似线性段进行测量，在要求精度不高的情况下，可以将其误差忽略，但在一些要求高的场合则必须采用精度更高、线性范围更大的传感器进行测量，否则就会引入较大的测量误差。而在实际工程测试中,大多数传感器的输出信号与真实值之间存在误差,通过测量不能精确地反映被测量，为了准确的测量被测量，通常采用以下方法保证测量精度：采用线性范围更大的传感器或者通过数据校正提高传感器的测量精度。但是，更换线性范围更大的传感器会增加测试成本，需要花费大量的人力和物力而效果常常不理想；在数据校正方面，通过设计一个非线性电路来弥补传感器的输出非线性，实现传感器输入输出特性直线化。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，该系统能够自动识别TEDS传感器的参数信息，无需人工输入，省时省力，且该系统能够根据自动识别的传感器的TEDS信息自动切换信号传输通道以及自动建立校正模型，省去人工反复更换的繁琐操作，方便操作。

本发明还提供了一种利用上述测试系统中传感器TEDS信息对传感器数据进行的非线性校正方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，它包括调理模块组、矩阵开关模块、数据采集模块、控制模块，所述调理模块组与外部TEDS传感器之间设有信号调理自动配置矩阵开关模块，所述信号调理自动配置矩阵开关模块设置有与外部TEDS传感器数量相同的列通道，以及与调理模块组中的调理模块数量相同的行通道，每一列通道的信号输入端对应连接唯一的TEDS传感器的测试信号输出端，每一行通道信号输出端连接唯一对应的调理模块组中的调理模块的信号输入端；

调理模块组与数据采集模块之间设有信号采集自动配置矩阵开关模块，所述信号采集自动配置矩阵开关模块设置有与调理模块组中的调理模块的数量相同的行通道，以及与数据采集模块通道数量相同的列通道，每一行通道的信号输入端对应连接唯一的调理模块组中各个调理模块的信号输出端，每一列通道的信号输出端通过数据采集模块连接控制模块；

所述控制模块控制连接信号调理自动配置矩阵开关模块、信号采集自动配置矩阵开关模块，同时还通过TEDS矩阵开关自动配置模块连接外部TEDS传感器的TEDS信息管脚。

作为对本发明的限定：所述TEDS矩阵开关自动配置模块设置有与外部TEDS传感器数量相同的开关通道，每一开关通道将对应的TEDS传感器分别与控制模块相连接。

一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，利用上述的测试系统完成信号测试，所述测试方法包括以下步骤：

（一）读取TEDS信息：通过上位机的TEDS信息读写程序，即控制模块控制TEDS矩阵开关自动配置模块的公共通道依次与复用开关通道接通，控制模块控制依次读取连接在TEDS矩阵开关自动配置模块的复用开关通道上的传感器的TEDS信息；

（二）调理模块组自动配置：控制模块利用读取的TEDS信息解析TEDS传感器的调理信息，并根据调理信息通过切换信号调理自动配置矩阵开关模块通道，将TEDS传感器检测的信号连接到相应的调理模块组中对应的调理模块进行调理；

（三）采集通道的自动切换：调理后的信号在控制模块的控制下通过信号采集自动配置矩阵开关模块的相应通道，数据采集模块通过信号采集自动配置矩阵开关模块采集相应的信息，并完成信号的模数转换；

（四）数据的非线性校正：控制模块通过读取的TEDS信息，解析在TEDS信息中传感器的校正信息，然后将校正信息带入到相应的校正模型中，对TEDS传感器测取的信号进行非线性校正，得到更为精确的测量值；

（五）数据解析：控制模块通过读取的TEDS信息，解析存储在TEDS信息中传感器的灵敏度、零点漂移等信息，对非线性校正中的动态性能校正后的数字信号进行运算，最终将TEDS传感器输出的测量值标定到合理的工程单位。

作为对上述方法的限定：所述步骤（五）之后还有步骤（六）信息后处理：控制模块将校正后的数据进行分析、处理，并将结果进行显示，同时存储。

作为对上述方法的进一步限定：所述步骤（一）中读取到的TEDS传感器的TEDS信息包括基本TEDS信息和标准TEDS信息，所述基本TEDS信息包括TEDS传感器的制造商、型号、序列号等识别参数；标准TEDS信息包括识别参数、设备参数、标定参数，以及应用参数。

作为对上述方法的另一种限定：所述步骤（四）中对数据的非线性校正包括传感器静态性能的校正与传感器动态性能的校正。

由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明通过设置信号调理自动配置矩阵开关模块，其检测到TEDS传感器采集到的信息后，控制模块能够选通相应的通道，将采集的信息传送至相应的调理模块组中的调理模块进行调理，之后控制模块继续控制信号采集自动配置矩阵开关模块中的相应通道，将采集的数据传送给数据采集模块进行模数转换，最终该数字信号传递给控制模块进行校正等处理，因此，本发明只需将检测系统接好线后就可以自动测量，无需人工输入传感器的参数信息，且无需人工切换测试通道和更换传感器和调理模块，避免了人工操作出现的差错，同时有效提高了检测效率；

（2）本发明应用的TEDS传感器在原有传感器的基础上只增加了一根TEDS引线，即在原有传感器的地线上并联一个TEDS芯片即可，没有改变传感器的基本结构，结构简单，且该传感器可以用作TEDS传感器，还可以用作原来的传感器进行工作；

（3）本发明测试系统不仅可以用作TEDS传感器的测试系统，同时还可以用作普通传感器的测试系统，应用广泛。

综上所述，本发明检测过程简单，无需人工输入传感器信息，且无需人工切换测试通道和更换传感器和调理模块，极大提高了检测效率。

本发明适用于经过智能化改造后的传感器输出信号进行自动调理和自动测试。

本发明下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。

附图说明

图1是现有技术中传统传感器检测系统的原理框图；

图2是本发明实施例1中检测系统的原理框图；

图3是本发明实施例1中TEDS传感器的电气原理图；

图4a是本发明实施例1中TEDS矩阵开关自动配置模块的拓扑图；

图4b是本发明实施例1中信号调理自动配置矩阵开关模块和信号采集自动配置矩阵开关模块的拓扑图；

图5是本发明实施例2的流程图；

图6a是本发明实施例2中传感器静态性能校正时理想线性时传感器静态输出曲线图；

图6b是发明实施例2中传感器静态性能校正时无奇次非线性传感器静态输出曲线图；

图6c是本发明实施例2中传感器静态性能校正时无偶次非线性传感器静态输出曲线图；

图6d是本发明实施例2中传感器静态校正时一般情况下传感器静态输出曲线图；

图7是本发明实施例2中传感器性能静态校正过程的原理图；

图8是本发明实施例2中给出实施例的校正范围为三段时的折线图；

图9是本发明实施例2中传感器静态性能非线性校正的流程图；

图10是本发明实施例2中传感器动态性能非线性校正过程的原理图；

图11是本发明实施例2中给出其中一个实施例的传感器动态性能校正前与校正后的曲线图；

图12是本发明实施例2中给出另一个实施例的传感器动态性能校正前与校正后的曲线图。

具体实施方式

实施例一一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统

本实施例为一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，如图2所示，它包括：

（1）信号调理自动配置矩阵开关模块，用于将外部TEDS传感器采集到的信号传送传输到对应的信号调理模块。本实施例中的信号调理自动配置矩阵开关模块如图4b所示，其拓扑结构为（L×M）×N，即共设置有LⅹM行、N列个开关通道，每一行与每一列交汇处为一开关通道，且每一列通道（c₀至c_N-1中的通道）对应唯一的外部TDES传感器，即每一TEDS传感器采集的信息只能通过唯一的列通道进行传递；而每一行通道（r₀至r_（L×M）-1）中的通道）对应连接后续调理模块组中唯一调理模块。

本实施例中，为了令外部每一TEDS传感器均能有对应的开关通道，在信号调理自动配置矩阵开关模块内不仅设置的列数与外部TEDS传感器的数量一致，而且将调理模块组的数目L也设置为与外部TEDS传感器的数目相等。

（2）调理模块组，所述调理模块组的信号输入端连接信号调理自动配置矩阵开关模块的信号输出端。

本实施例中调理模块组的数量与外部TEDS传感器数量相同，且与信号调理自动配置矩阵开关模块内开关设置的行数和列数相同，即信号调理自动配置矩阵开关模块中的每一开关通道只能将唯一对应的TEDS传感器采集的信息通过该开关通道传递给唯一对应的调理模块组进行信号的调理工作。

（3）信号采集自动配置矩阵开关模块，进一步将调理模块调理后的信号进行传输。本实施例中信号采集自动配置矩阵开关模块如图4b所示，与信号调理自动配置矩阵开关模块相同，同样设置有LⅹM行、N列个开关通道，每个开关通道同样对应唯一的调理模块组中的调理模块，即经过一个调理模块组中的调理模块调理后信号只能通过信号采集自动配置矩阵开关模块中唯一对应的开关通道进行传输。

（4）数据采集模块，用于将外部TEDS传感器检测到数据信息转换成可以识别的数字信号。所述数据采集模块的信号输入端连接信号采集自动配置矩阵开关模块的信号输出端，其信号输出端连接后续对信号进行校正、处理的控制模块。

（5）TEDS矩阵开关自动配置模块，如图4a所示，在控制模块的控制下，自动读取相应TEDS传感器的TEDS信息。本实施例中的TEDS矩阵开关自动配置模块中同样设有与TEDS传感器数量相同的开关通道，每一TEDS传感器通过唯一对应的TEDS开关通道与控制模块相连接。

由于本实施例是对TEDS传感器采集信息的处理，因此，所使用的TEDS传感器在构造上与传统的传感器有所不同，而本实施例中所用的TEDS传感器是在传统传感器的基础上进行改造的，其结构具体如图3所示：传统传感器包括传感器模块，传感器模块的一端作为传感器整体的地线进行接地，另一端通过放大器引出信号线，该信号线即为检测外部信号时所用到的检测线，传感器模块的电源直接通过电源线与外部电源相连接。本实施例在此基础上增加了TEDS引线，即传感器模块的地线并联一DS2433芯片，该芯片的一端与传感器模块的地线相连，另一端直接作为TEDS引线，通过TEDS矩阵开关自动配置模块控制模块相连接。

由于该TEDS传感器与传统的传感器基本构造相同，因此与传统的传感器具有充分兼容性，即本实施例中TEDS传感器的工作方式与传统传感器的工作方式是相同的，本实施例的传感器仍然可以当做传统的传感器使用。

而本实施例中所用的DS2433是对传统传感器进行智能化改造，采用TEDS芯片设计时选用Maxim公司生产的存储器，该存储器采用PR-35封装，首先本身体积小便于集成，其次有较大的存储空间，便于写入传感器更多自定义的信息。

其中，DS2433芯片的自定义信息是根据IEEE 1451.4标准设计的TEDS信息。该TEDS信息结构极其紧凑，然而却拥有足够的灵活性与扩展性，可以应对范围广泛的传感器类型和要求。

实施例二一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法

一种利用上述基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，如图5所示包括以下步骤：

（一）读取TEDS信息：控制模块通过TEDS矩阵开关自动配置模块的通道依次读取、扫描连接有被测对象的传感器的TEDS信息。

本实施例中传感器的TEDS信息包括基本TEDS信息和标准TEDS信息，其中基本TEDS信息包含着必要的传感器识别信息，即识别参数，如生产厂家、序列号、版本号和数据代码。而标准TEDS信息包括包含传感器专用的“数据表”信息，一般是正确配置电气接口并将测量数据转换为工程单位所需要的数据，例如：设备参数：如传感器类型、灵敏度、零点漂移、传输带宽、单位和精度；标定参数：如最后的标定日期、校正系数；应用参数：如通道识别，通道分组，传感器位置和方向。

上述的TEDS信息均由控制模块通过TEDS矩阵开关自动配置模块进行读取。

（二）调理模块组自动配置：控制模块利用读取的TEDS信息解析TEDS传感器的调理信息，并根据调理信息通过信号调理自动配置矩阵开关模块通道，将TEDS传感器检测到的模拟信号切换到相应的调理模块组进行调理。

由实施例一与图4b可知信号调理自动配置矩阵开关模块中对应每一TEDS传感器均设置有唯一的开关通道，其拓扑结构设计时根据以下原则实现，如图4b所示：

（1）

（2）

（3）

其中：

N_1r表示第一信号矩阵开关自动配置模块中行或者调理模块的数目；

N_1S表示第一信号矩阵开关自动配置模块中列或者传感器的数目；

N_2r表示第二信号矩阵开关自动配置模块中行或者调理模块的数目；

N_2S表示第二信号矩阵开关自动配置模块中列或者通道的数目；

M表示每个调理模块组中调理模块的数目；

P表示采集通道的数目；

N表示接入矩阵开关的传感器的数目；

L表示调理模块组的数目；

A表示调理模块的总数目。

（三）采集通道的自动切换：调理后的信号在控制模块的控制下通过信号采集自动配置矩阵开关模块的相应通道，数据采集模块通过信号采集自动配置矩阵开关模块采集相应的信息，并完成信号的模数转换。

由于本实施例中的信号采集自动配置矩阵开关模块与信号调理自动配置矩阵开关模块结构相同，因此，其拓扑结构的设计原则与上述信号调理自动配置矩阵开关模块的拓扑结构的设计原则相同。

（四）数据的非线性校正：控制模块通过读取的TEDS信息，解析在TEDS信息中传感器的校正信息，然后将校正信息带入到相应的校正模型中，对TEDS传感器测取的信号进行非线性校正。

由于对数据的校正需要具体的校正方法实现，而不同的校正方法对系统和TEDS传感器的要求也不一样，因此，需要选择合适的校正方法对信号进行校正才能得到相对精确的采集数据。而选择校正方法时需要着重考虑一下三个要素：

①所需的TEDS存储空间的大小

一般传统TEDS存储空间都较小,例如,1KB或2KB，而传感器内的TEDS内存区还被分成几个域,每个域描述传感器特征的不同方面,标定TEDS只是其中的一个域。因此选择校正方法时,必须考虑所需的标定TEDS存储区的大小。

②每次校正所需的运算次数

由于系统控制平台的运算能力有限，而在其上需同时运行操作系统、数据采集驱动等许多应用程序，如果运算次数太多,则造成较长的时延,影响测试系统的整体性能。因此，选择的校正方法运算次数不能太多。

③校正方法（函数）的拟合和标定系统的噪声所引起的不确定度σm

由于校正函数存在数值计算误差,标定系统有随机误差,为了保证校正数据的准确性,必须考虑校正方法所引起的不确定度，而不确定度可以通过估计拟合残差的标准差来得到。

同时，不同类型的信号进行采集的传感器类型也不相同，因此对应类型的信号只能通过对应类型的传感器进行信息采集，进而，对于信息后续的非线性校正也存在差别。而根据信号的分类基本分为静态信号和动态信号两大类，因此，本实施例的控制模块存储有两种对信号的校正方式：传感器静态非线性校正与传感器动态非线性校正。本实施例就上述两种非线性校正分别设置了实施例。

一、传感器静态非线性校正方法

当只考虑传感器的静态特性时，传感器的输入与输出有确定的数值关系，但关系式中与时间变量无关，可以用函数式表示为 (4)

在静态条件下，若不考虑迟滞和蠕变，式(4)的传感器输入与输出的关系可以用一个多项式代数方程表示，称这个方程为传感器的静态特性数学模型，即

(5)

式(5)中，为输入量；为输出量；为输入初始量，也为时的输出值，即零位输出(零点漂移)；为传感器的理想(线性)灵敏度； a₂、a₃、L、a_n为非线性项系数。式（5）中各项系数不同时决定特性曲线的形式也各不相同。它们的图形如图所示，图6a为理想线性时传感器静态输出曲线图，图6b为无奇次非线性时传感器静态输出曲线图、图6c为无偶次非线性时传感器静态输出曲线图；图6d为一般情况时传感器静态输出曲线图。

当时，可视为理想线性，即y=a₁x。如图6a所示，一个理想的传感器，希望具有线性的输入输出关系，但实际传感器的输出总有非线性(即次项)存在。

为了减小非线性误差，实现系统输入输出特性直线化，而根据传感器的非线性模型，利用数值计算的相关理论对其进行校正，实现测试系统输入x与输出y＝a₁x的理想直线关系，具体校正过程如图7所示。

本实施例在对传感器输出的非线性校正时选用简单的查表法，查表法是一种分段线性插值法，它是根据精度要求对反非线性曲线进行分段，用若干段折线逼近曲线。将折点坐标值(传感器静态标定值)存入TEDS数据表中，TEDS传感器系统接入测试系统时，其即被读入系统。测量时首先明确对应输入被测量的电压值是在哪一段；然后根据那一段的斜率进行线性插值，即得输出值

本实施例以三段为例说明其具体工作原理。如图8：其中横坐标为、、、，纵坐标为、、、。各线段的输出表达式为：

第一段：（6）；

第二段：（7）；

第三段：（8）；

如果需要将传感器的精度进一步提高，则只需要将传感器采集数据量程内的等差数列的差值设置的尽量小即可，即将横坐标分的尽量多，根据三段的例子可以推出分的区间大于三段时，系统输出y=x的表达式的通式为（9）。式中k为折点的序号，三条折线有四个折点，k =1,2,3；x _k代表该线段的零点漂移；表示该线段的灵敏度。

本实施例的具体非线性校正的工作原理如图9所示：首先控制中心对程序进行初始化，初始化横坐标u₁、u₂、u₃、u₄与纵坐标x₁、x₂、x₃、x₄，同时控制中心接收传感器传送的数据，其中包括传感器检测的数值，以及传感器的TEDS芯片内部存储的数据，然后将传感器传送的数值与最小值u₁进行比对，如果采集的数值小于或等于u₁，则选择k=1，并将k带入到公式（9）中，得到输入输出的关系式；而如果采集的数值大于u₁，则将采集得到的数值与u₂进行比对，如果采集的数值小于或等于u₂，则选择k=2，并将K带入到公式（9）中，得到输入输出的关系式；而如果采集的数值大于u₂，则将采集得到的数值与u₃进行比对，如果采集的数值小于或等于u₃，则选择k=3，并将K带入到公式（9）中，得到输入输出的关系式；而如果采集的数值大于u₃，则将采集得到的数值与u₄进行比对，如果采集的数值小于或等于u₃，则选择k=4，并将K带入到公式（9）中，得到输入输出的关系式；而如果采集的数值大于u₄，则说明采集的数据过载，控制中心必须进行过载处理。

上述方法进行校正利用传感器的标定值作为折点的坐标值，折线与被逼近的曲线之间的最大误差在折线段中部，故应控制该误差值不大于允许的最大误差值。各折线段的误差符号相同，或均为正或均为负。

二、传感器动态性能校正

传感器的动态特性是指输入量随时间变化时的输出和输入之间的关系。实际应用中传感器检测的物理量大多数是时间的函数，为使传感器的输出信号能及时准确地反映输入信号的变化，不仅要求传感器有良好的静态特性，更希望它具有好的动态特性。

加速度传感器是一种典型的测量动态信号的传感器，因此本实施例以加速度传感器的动态性能校正为例对传感器动态性能校正进行阐述。

加速度传感器在加速度作用下,其输入输出微分方程为

(10)

式中, 式子中m为检测质量,k为刚度,c为阻尼系数，y为检测质量的位移,将(10)式进行拉氏变换,可得输入输出的传递函数为 (11)

式中,为传感器的固有谐振频率;为传感器的阻尼比。由此可知,加速度传感器在频域具有二阶低通特性。目前,工程测量用加速度传感器其阻尼比不理想,压电式加速度传感器的阻尼比一般介于0.01～0.3，限制了其使用范围。为了保证测量精度和实时性，在使用时的上限频率应取固有谐振频率的l/5以下和阻尼比为0. 707左右，因此需要对该类型传感器进行校正。

加速度传感器的动态特性与其传递函数的极点位置密切相关。按照自动控制原理中的零极点相消的理论，在加速度传感器输出之后构造一个校正网络，加入新的极点，消去原来的极点，不改变其原来零点，使传感器的动态性能得以改善。校正过程框图如图10所示。

其具体原理如下：构造一个如(12)式的校正环节，由式子（11）、（12），知：

(13)

其中的取值远大于，将其与原传感器模型相串联，则其系统传递函数变为C(S)(13)式仍然是二阶系统，但由于的值远大于加速度传感器的工作频带范围和动态响应速度得到了很好的改善。其中、的值是在传感器标定时就存在TEDS中的。所以TEDS传感器一接入系统，其原始的参数模型H(s)(11式所示)就建立了，剩下的工作由检测系统的控制模块会自动完成。

在众多的加速度传感器动态性能指标中，工作频带带宽和动态响应速度是衡量加速度传感器动态性能的两个重要指标。它们的好坏受传感器的材料和结构等硬件条件制约，传感器一旦生产出来就很难改变。

图11中a曲线是=0.1时，系统的频率响应曲线图，图11中b曲线是校正后=0.707时系统的频率响应曲线。由曲线a、b的对比可以知道，校正后传感器的频率响应曲线更加光滑，应用工作频率段更长。有效工作频带上限由校正前的3000Hz，扩展到校正后的10000 Hz以上。可见该校正在频域起到了扩频的作用。

而图12为某加速度传感器在校正前后对某一阶跃信号跟踪在时域上的曲线。其中c是校正前加速度传感器对该阶跃信号的追踪曲线，它在经过较大的波动后才趋于目标值。而校正后曲线d则在小幅波动后即趋于稳定。由曲线c、d的对比可知，校正后的传感器在时域对信号进行跟踪时其响应更加稳定和迅速，引入的误差更小。

由图11、图12可以看出TEDS的引入使得测试系统改善加速度传感器的动态性能更加方便。

除此之外，由于本系统为多通道可同步数据采集系统，因此系统还可以利用其他传感器所测数据对其中的某个传感器进行数据校正(融合)以提高其精度。例如利用系统所接温度传感器的测量值来校正压力传感器由于温度变化原因所引起的测量误差，并输出精确的测量值。

（五）数据解析：控制模块通过读取的TEDS信息，解析存储在TEDS信息中传感器的灵敏度、零点漂移等信息，对非线性校正中的动态性能校正后的数字信号进行运算，即对动态性能校正后的信号，根据传感器最新标定后的灵敏度、零点漂移确定曲线的直线段（工作范围）的斜率和在没有输入情况下，传感器的输出（误差），从而确定传感器线性段的表达式，从而对信号的输入值进行运算，最终将TEDS传感器输出的测量值标定到合理的工程单位。

（六）信息后处理：控制模块将解析后的数据进行分析、处理，并将结果进行显示，同时存储。

Claims

1.一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，包括调理模块组、矩阵开关模块、数据采集模块、控制模块，其特征在于：所述调理模块组与外部TEDS传感器之间设有信号调理自动配置矩阵开关模块，所述信号调理自动配置矩阵开关模块设置有与外部TEDS传感器数量相同的列通道，以及与调理模块组中的调理模块数量相同的行通道，每一列通道的信号输入端对应连接唯一的TEDS传感器的测试信号输出端，每一行通道信号输出端连接唯一对应的调理模块组中的调理模块的信号输入端；

调理模块组与数据采集模块之间设有信号采集自动配置矩阵开关模块，所述信号采集自动配置矩阵开关模块设置有与调理模块组中的调理模块数量相同的行通道，以及与数据采集模块通道数量相同的列通道，每一行通道的信号输入端对应连接唯一的调理模块组中各个调理模块的信号输出端，每一列通道的信号输出端通过数据采集模块连接控制模块；

2.根据权利要求1所述的基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统，其特征在于：所述TEDS矩阵开关自动配置模块设置有与外部TEDS传感器数量相同的开关通道，通过每一开关通道将对应的TEDS传感器分别与控制模块相连接。

3.一种基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，其特征在于：利用权利要求1或2的智能测试系统完成信号测试，所述测试方法包括以下步骤：

（一）读取TEDS信息：通过上位机的TEDS信息读写程序，即控制模块控制TEDS矩阵开关自动配置模块的公共通道依次与复用开关通道接通，控制模块依次读取连接在TEDS矩阵开关自动配置模块的复用开关通道上的传感器的TEDS信息；

（五）数据解析：控制模块通过读取的TEDS信息，解析存储在TEDS信息中传感器的灵敏度、零点漂移信息，对非线性校正中的动态性能校正后的数字信号进行运算，最终将TEDS传感器输出的测量值标定到合理的工程单位。

4.根据权利要求3所述的基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤（五）之后还有步骤（六）信息后处理：控制模块将校正后的数据进行分析、处理，并将结果进行显示，同时存储。

5.根据权利要求3或4所述的基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤（一）中读取到的TEDS传感器的TEDS信息包括基本TEDS信息和标准TEDS信息，所述基本TEDS信息包括代表TEDS传感器识别参数的TEDS传感器的制造商、型号、序列号；标准TEDS信息包括识别参数、设备参数、标定参数，以及应用参数。

6.根据权利要求3或4所述的基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤（四）中对数据的非线性校正包括传感器静态性能的校正与传感器动态性能的校正。

7. 根据权利要求5所述的基于TEDS传感器和矩阵开关技术的智能测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤（四）中对数据的非线性校正包括传感器静态性能的校正与传感器动态性能的校正。