CN106768617B - 外激式振动筒压力传感器性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种外激式振动筒压力传感器性能测试方法，旨在提供一种测试精度高，测试数据可靠，测试效率高的测试方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在外激式振动筒压力传感器性能测试系统中，用一个振动筒压力传感器作为标准压力传感器，将作为被测件的被测受感器连接在标准压力传感器与标准放大器之间，组成一个电连接被测受感器测试电路的测试工装；用PXI数据采集卡采集标准压力传感器和被测受感器的输出频率和标准压力传感器的温度电压信号，由系统测试软件计算出每个压力点下各自的实际误差，采用比较法，以判读出最大误差差值是否≤100ppm的输出精度作为被测受感器的合格标准，测试出被测受感器常温输出的精度。

Description

外激式振动筒压力传感器性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种外激式振动筒压力传感器受感器性能测试方法。

背景技术

随着现代飞机对大气数据各种信息的数量和精度要求的不断提高,现代飞机上已广泛采用大气数据计算机来测量和处理各种大气数据信息。大气数据计算机最基本的信息是飞机的飞行高度、真空速、指示空速、马赫数、大气温度和大气密度这6 个,其余信息都可由这6个信息计算得出。而这6个基本信息又全部依靠全压、静压、总温和攻角4个原始参数解算得到。准确而稳定地测量这4个参数, 对保证大气数据计算机精确、稳定地工作是相当重要的。因此对测量静压和全压的压力传感器就要求其具有高稳定性、重复性及高精度。振动筒压力传感器是利用振动筒的固有频率（周期）随着感受压力的改变而改变来测量感受压力的, 其固有频率（周期）的大小取决于振筒的形状、材料、大小和筒周围的介质。使用恒弹合金制造的薄壁圆筒作为敏感元件而制成的振动筒压力传感器已被广泛用到现代飞机上, 这种传感器的优点是精度高、长期稳定性好、迟滞误差和重复性误差小、分辨率高以及质量小、成本低。

外激式振动筒压力传感器是一种敏感结构，通常参数为:直径9mm、壁厚0.04mm、有效长度28mm;体积只有常规振动筒压力传感器的二分之一，测量范围0～262kPa,工作温度范围-55～90℃的谐振式小振筒压力传感器。

现有技术外激式振动筒压力传感器性能测试方法是对被测受感器施加工作压力是从0kPa开始，按每1kPa压力逐步递增至满量程，通过测试其V-Link电压的输出曲线是否存在突跳点来判断性能是否合格。现有技术的不足之处在于测试结果比较粗大，只能反映被测受感器在工作压力范围内是否存在突跳点，输出曲线是否是单调曲线，不能直接判断被测受感器输出精度是否合格，造成测试合格的被测受感器在后续校试环节中出现超差。其次是安装麻烦，每件被测受感器必须要将测试电缆焊接在被测受感器的线圈插针上才能进行测试，且每次只能测试1只被测受感器。更换不同量程型号组件测试时，还需更换测试盒，费时费力。振动筒是振动筒压力传感器的核心器件, 通常振动筒压力传感器的振动筒是用低温高弹性和高导磁性的材料制成的薄壁圆筒，利用振动筒的固有频率随测量压力的改变而改变进行压力测量。其测量压力的固有频率的大小取决于筒的形状态、大小。振动筒上端密闭, 为自由端, 另一端固定在基座上。圆筒的壁厚、材料和筒周围的介质决定振动筒的振动频率。圆筒材料不但要构成闭合磁回路，还应具有很低的弹性温度系数, 以使其温度误差尽量小。

本发明是对现有技术的进一步发展和改进。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种测试精度高，测试数据可靠，测试效率高的外激式振动筒压力传感器性能测试方法及其方便安装的测试设备。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种外激式振动筒压力传感器性能测试方法，具有如下技术征：在外激式振动筒压力传感器性能测试系统中，用一个振动筒压力传感器作为标准压力传感器，将作为被测件的被测受感器连接在标准压力传感器与标准放大器之间，组成一个电连接被测受感器测试电路的测试工装；用两体式弹簧探针与被测受感器上线圈插针进行接触连接，采用固定基座，移动两体式弹簧探针电连接测试电路与测试件，然后对被测受感器与标准压力传感器施加相同的工作压力，从0kPa开始，按每0.25kPa压力逐步递增至满量程，采用信号调理箱中PXI数据采集卡采集标准压力传感器和被测受感器的输出频率和标准压力传感器的温度电压信号，将采集到的标准压力传感器和被测受感器的输出频率以及温度电压进行最小二乘法拟合，根据得出标准压力传感器的特征曲线和被测受感器的特征曲线创建特征公式及其系统测试软件，将被测受感器与标准压力传感器每个压力测试点下的输出频率和温度电压代入各自的特征公式，由所述系统测试软件计算出每个压力点下各自的实际误差，再将被测受感器与标准压力传感器每个压力点下的实际误差进行比较，比较所有测试点内误差，得出被测受感器与标准压力传感器的误差差值，采用比较法，以判读出最大误差差值是否≤100ppm的输出精度作为被测受感器的合格标准，测试出被测受感器常温输出的精度。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

测试精度高。本发明用一个0.002%FS精度的标准压力传感器作为基准，将被测受感器的输出性能与之比较，采用比较法进行输出精度的判读，得出最大误差差值，当最大差值≤100ppm时，可判断受感器性能合格，被测试受感器测试点测出的常温输出精度是以往现有技术测试方法的4倍，极大的提高了测试的覆盖率。

测试数据可靠。本发明以高精度的标准压力传感器作为基准，也极大的提高了测试的精度和可靠性。本发明根据得出标准压力传感器的特征曲线和被测受感器的特征曲线，将被测受感器与标准压力传感器每个压力测试点下的输出频率和温度电压代入各自的特征公式，计算出每个压力点下各自的实际误差，再将被测受感器与标准压力传感器每个压力点下的实际误差进行比较，比较所有测试点内误差，得出被测受感器与标准压力传感器的误差差值，采用比较法，以判读出最大误差差值是否≤100ppm的输出精度作为被测受感器的合格标准，有效的效筛选出性能不合格的被测受感器，测试合格的被测受感器在后续的校试环节合格率为100%。

该测试方法通过该测试方法测试效率高。本发明将作为被测件的被测受感器连接在标准压力传感器与标准放大器之间，组成一个电连接被测受感器测试电路的测试工装，用两体式弹簧探针与被测受感器上线圈插针进行接触连接，采用固定基座，移动两体式弹簧探针电连接测试电路与测试件，然后对被测受感器与标准压力传感器施加相同的工作压力，可一次性测试3只相同量程的被测受感器性能，效率提升时间是以往现有技术测试设备的1.5倍，效率提升显著。

具有较好的稳定性及可靠性。本发明最后通过单独提供稳压电源及信号滤波处理等方法同时对传感器的静态特性(灵敏度、线性度、迟滞、重复性)进行分析,并对其输出电压数据进行数据拟合,确定其最佳拟合曲线，利用LabVIEW的信号分析模块对信号进行分析、处理，可直观的显示出受感器的精度，显示有其特有的灵活性，平台具有交互性好、可扩充性强、频带宽、使用灵活方便等特点，用PXI数据采集卡实现对传感器的激振和信号的采集，使系统体积大大减小，而且可直接用于振动筒的信号的采集与分析，解决了采集信号不稳定性的问题，为多传感器信号的实时数据采集、信号分析与处理提供了良好的工作平台和方便的测试工具，使用表明:该外激式振动筒压力传感器性能测试该平台不仅可作为实验教学仪器,还可用于多参量实时信号虚拟分析系统。

方便安装，便于拆卸和换型。本发明用两体式弹簧探针与被测受感器上线圈插针进行接触的方式实现电路的连接，避免了电缆的焊接，保证了接触的可靠性和安装的方便性。采用固定基座，移动两体式弹簧探针形式实现测试电路与测试件的电路连接，避免了将测试电缆焊接到测试件上的过程，实现了测试件的快速安装和拆卸。同时，对于标准压力传感器以及标准放大器均采用统一接口形式，可实现不同量程产品测试的快速换型。

附图说明

图1为本发明外激式振动筒压力传感器性能测试方法示意图。

图2是图1测试工装构造示意图。

图中：1被测件，2弹簧探针，3弹簧支座，4固定销，5弹簧，6基座，7下压开关,8标准放大器，9 标准压力传感器,10 三通接口，11 气源接口，12被测件周期输出接口，13被测件温度电压输出接口，14电源正极输入接口，15电源地输入接口，16电源负极输入接口，17标准传感器周期输出接口，18标准传感器温度电压输出接口，19 插座。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，在外激式振动筒压力传感器性能测试系统中，用一个振动筒压力传感器作为标准压力传感器，将作为被测件的被测受感器连接在标准压力传感器与标准放大器之间，组成一个电连接被测受感器测试电路的测试工装；用两体式弹簧探针与被测受感器上线圈插针进行接触连接，采用固定基座，移动两体式弹簧探针电连接测试电路与测试件，将被测受感器固定在测试工装上，然后对被测受感器与标准压力传感器施加相同的工作压力，从0kPa开始，按每0.25kPa压力逐步递增至满量程，采用信号调理箱中PXI数据采集卡采集标准压力传感器和被测受感器的输出频率和标准压力传感器的温度电压信号，将采集到的标准压力传感器和被测受感器的输出频率以及温度电压进行最小二乘法拟合，根据得出标准压力传感器的特征曲线和被测受感器的特征曲线创建特征公式及其系统测试软件，将被测受感器与标准压力传感器每个压力测试点下的输出频率和温度电压代入各自的特征公式，由所述系统测试软件计算出每个压力点下各自的实际误差，再将被测受感器与标准压力传感器每个压力点下的实际误差进行比较，比较所有测试点内误差，得出被测受感器与标准压力传感器的误差差值，采用比较法，以判读出最大误差差值是否≤100ppm的输出精度作为被测受感器的合格标准，测试出被测受感器常温输出的精度。

用最小二乘法进行拟合得出标准压力传感器的特征系数和特征曲线，并据此创建特征公式：P＝（K00＋K01*X＋K02*X**2＋K03*X**3＋K04*X**4）

＋（K10＋K11*X＋K12*X**2＋K13*X**3＋K14*X**4）*Y

＋（K20＋K21*X＋K22*X**2＋K23*X**3＋K24*X**4）*Y**2

＋（K30＋K31*X＋K32*X**2＋K33*X**3＋K34*X**4）*Y**3

式中：P为压力值得出，K00～K34为特征系数，X为振动筒压力传感器温度电压值，Y为振动筒压力传感器输出频率。PXI控制器将每个压力测试点下被测受感器与标准压力传感器的输出频率和温度电压代入各自的特征公式P，可计算出每个压力点下各自的实际误差。PXI控制器基于Microsoft Visual Studio 2005微软公司的开发工具包开发平台运用C#开发语言及其图形化编程语法G编写程序，采用数据流模型，以可视化的布局编写功能代码编制具备标准压力传感器的特征公式输入、数据采集、数据拟合、结果判定等功能，用LabVIEW开发的的系统测试软件。

使用上述外激式振动筒压力传感器性能测试方法的性能测试系统，主要包括：集成在PXI机箱内，电连接显示器的PXI机箱，设置在所述PXI机箱内，通过数据PXI总线连接的PXI控制器、PXI串口通信模块、PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块和PXI电源模块等板卡及其鼠标、键盘，其中，PXI串口通信模块电连接压力控制器，压力控制器连接真空泵、储气瓶，通过气路相连测试工装，通过信号调理盒分别电连接于PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块和PXI电源模块传输数据。真空泵通过压力控制器与PXI串口通信模块进行通信，同步控制设置在测试工装内的标准压力传感器、标准放大器和被测受感器的压力；测试时，PXI控制器按照系统测试软件程序设定压力控制器的输出压力，PXI电源模块的电流通过信号调理盒加载到标准压力传感器和被测受感器。真空泵根据压力控制器设定输出压力，通过气路将输出压力传送到测试工装，标准压力传感器、标准放大器和被测受感器感受到真空泵真空压力后，将标准放大器放大的标准温度输出信号，供电与传感信号和被测传感器的温度输出信号提供给信号调理盒，信号调理盒将上述信号传输到PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块，标准压力传感器和被测受感器反馈的频率信号和温度电压信号，通过信号调理盒送入PXI频率/周期采集模块和PXI采集模块，PXI采集模块通过信号调理盒将采集到的信息传递到PXI控制器。 PXI控制器用LabVIEW开发的系统测试软件将检测到的标准压力传感器输出的频率和电压值代入标准压力传感器的特征公式，解算出标准压力传感器的解算压力值。随后系统测试软件以被测受感器输出的频率和标准压力传感器输出的温度电压为输入，标准压力传感器解算的压力值为输出，用最小二乘法进行拟合，得到被测受感器的特征公式，将被测受感器输出的频率和标准压力传感器输出的温度电压，代入特征公式得到被测受感器解算的实际值，系统测试软件将该实际值与标准压力传感器的解算值项减后，再除以满量程压力，得出测试点的误差。系统测试软件比较所有的测试点内误差，以最大不能超出100ppm作为判断被测受感器性能是否合格的判据，判断被测受感器性能是否合格，并以最大误差作为被测受感器的性能精度。

参阅图2。测试工装包括：固定在工装板体上的基座6，径向对称基座6且沿圆周等分分布的固定销4和弹簧探针2，固定销4通过各自的弹簧5固定在弹簧支座3外侧支架上，弹簧探针2通过各自的弹簧支座3内侧支架，径向对称于被测件1，被测件1通过下压开关7固定在上述基座6的圆盘中心，右侧固定销4通过三通接口10连通气源接口11和标准压力传感器9，标准压力传感器9通过插头插入插座19，标准放大器8分别位于工装板体的左侧和所述插座固定板的右侧。安装时，先将4个固定销4分别向外拔出，固定销4带动弹簧支座3及固定在支座上的弹簧探针2向外移动，然后将被测件1安装在基座6对应位置，按下下压开关7将被测件1固定在基座6上，以保证加压测试时的气密性。随后将固定销4向内推动，使得弹簧探针2与被测件1上的触针接触，随后装上标准放大器8。用4颗螺钉将标准压力传感器9固定在相应位置，并将标准压力传感器9的插头插入插座19。用一个三通接口10实现被测件1与标准压力传感器9感受相同压力。通过电源接头14～16连接电源。接通电源、气源后，即可进行测试。被测件1通过输出接口12输出周期信号,通过输出接口13输出温度电压信号。标准压力传感器9通过输出接口17输出周期信号,通过输出接口18输出温度电压信号。

Claims (10)

1.一种外激式振动筒压力传感器性能测试方法，具有如下技术征：在外激式振动筒压力传感器性能测试系统中，用一个振动筒压力传感器作为标准压力传感器，将作为被测件的被测受感器连接在标准压力传感器与标准放大器之间，组成一个电连接被测受感器测试电路的测试工装；用两体式弹簧探针与被测受感器上线圈插针进行接触连接，采用固定基座，移动两体式弹簧探针电连接测试电路与测试件，然后对被测受感器与标准压力传感器施加相同的工作压力，从0kPa开始，按每0.25kPa压力逐步递增至满量程，采用信号调理箱中PXI数据采集卡，采集标准压力传感器和被测受感器的输出频率和标准压力传感器的温度电压信号，将采集到的标准压力传感器和被测受感器的输出频率以及温度电压进行最小二乘法拟合，根据得出标准压力传感器的特征曲线和被测受感器的特征曲线创建特征公式及其系统测试软件，将被测受感器与标准压力传感器每个压力测试点下的输出频率和温度电压代入各自的特征公式，由所述系统测试软件计算出每个压力点下各自的实际误差，再对被测受感器与标准压力传感器每个压力点下的实际误差进行比较，比较所有测试点内误差，得出被测受感器与标准压力传感器的误差差值，采用比较法，以判读出最大误差差值是否≤100ppm的输出精度作为被测受感器的合格标准，测试出被测受感器常温输出的精度。

2.如权利要求1所述的外激式振动筒压力传感器性能测试方法，其特征在于，用最小二乘法进行拟合得出标准压力传感器的特征系数和特征曲线，并据此创建特征公式：

P＝（K00＋K01*X＋K02*X**2＋K03*X**3＋K04*X**4）

＋（K10＋K11*X＋K12*X**2＋K13*X**3＋K14*X**4）*Y

＋（K20＋K21*X＋K22*X**2＋K23*X**3＋K24*X**4）*Y**2

＋（K30＋K31*X＋K32*X**2＋K33*X**3＋K34*X**4）*Y**3

式中：P为压力值，K00～K34为特征系数，X为振动筒压力传感器温度电压值，Y为振动筒压力传感器输出频率。

3.如权利要求1所述的外激式振动筒压力传感器性能测试方法，其特征在于，PXI控制器将每个压力测试点下被测受感器与标准压力传感器的输出频率和温度电压代入各自的特征公式P，计算出每个压力点下各自的实际误差。

4.如权利要求1所述的外激式振动筒压力传感器性能测试方法，其特征在于，PXI控制器基于Microsoft Visual Studio 2005微软公司的开发工具包开发平台运用C#开发语言及其图形化编程语法G编写程序，采用数据流模型，以可视化的布局编写功能代码编制具备标准压力传感器的特征公式输入、数据采集、数据拟合、结果判定，LabVIEW开发的系统测试软件。

5.一种使用权利要求1所述外激式振动筒压力传感器性能测试方法的性能测试系统，包括：集成在PXI机箱内，电连接显示器的PXI机箱，通过数据PXI总线连接的PXI控制器、PXI串口通信模块、PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块和PXI电源模块，其特征在于，PXI串口通信模块电连接压力控制器，压力控制器连接真空泵、储气瓶，通过气路相连测试工装，通过信号调理盒分别电连接于PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块和PXI电源模块传输数据。

6.如权利要求5所述的外激式振动筒压力传感器性能测试系统，其特征在于：真空泵通过压力控制器与PXI串口通信模块进行通信，同步控制设置在测试工装内的标准压力传感器、标准放大器和被测受感器的压力。

7.如权利要求5所述的外激式振动筒压力传感器性能测试系统，其特征在于：测试时，PXI控制器按照系统测试软件程序设定压力控制器的输出压力，PXI电源模块的电流通过信号调理盒加载到标准压力传感器和被测受感器，真空泵根据压力控制器设定输出压力，通过气路将输出压力传送到测试工装，标准压力传感器、标准放大器和被测受感器感受到真空泵真空压力后，将标准放大器放大的标准温度输出信号，供电与传感信号和被测传感器的温度输出信号提供给信号调理盒，信号调理盒将上述信号传输到PXI频率/周期测量模块、PXI采集模块，标准压力传感器和被测受感器反馈的频率信号和温度电压信号，通过信号调理盒送入PXI频率/周期采集模块和PXI采集模块，PXI采集模块通过信号调理盒将采集到的信息传递到PXI控制器。

8.如权利要求5所述的外激式振动筒压力传感器性能测试系统，其特征在于：PXI控制器用LabVIEW开发的系统测试软件将检测到的标准压力传感器输出的频率和电压值代入标准压力传感器的特征公式，解算出标准压力传感器的解算压力值。

9.如权利要求5所述的外激式振动筒压力传感器性能测试系统，其特征在于：系统测试软件以被测受感器输出的频率和标准压力传感器输出的温度电压为输入，标准压力传感器解算的压力值为输出，用最小二乘法进行拟合，得到被测受感器的特征公式，将被测受感器输出的频率和标准压力传感器输出的温度电压，代入特征公式得到被测受感器解算的实际值，系统测试软件将该实际值与标准压力传感器的解算值相减后，再除以满量程压力，得出测试点的误差。

10.如权利要求5所述的外激式振动筒压力传感器性能测试系统，其特征在于：测试工装包括：固定在工装板体上的基座（6），径向对称基座（6）且沿圆周等分分布的固定销（4）和弹簧探针（2），固定销（4）通过各自的弹簧（5）固定在弹簧支座（3）外侧支架上，弹簧探针（2）通过各自的弹簧支座（3）内侧支架，径向对称于被测件（1），被测件（1）通过下压开关（7）固定在上述基座（6）的圆盘中心，右侧固定销（4）通过三通接口连通气源接口和标准压力传感器（9），标准压力传感器（9）通过插头插入插座，标准放大器（8）分别位于工装板体的左侧和所述插座固定板的右侧。