CN111856076A - Mems加速度计的批量夹持工装及测试系统、测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS加速度计的批量夹持工装及测试系统、测试方法，该批量夹持工装包括导杆、压板、载板、面板、立板和底板；面板安装在立板和底板组成的固定基座上，面板包括支撑板和内嵌在支撑板上表面的电木针板，电木针板上设置多组探针；载板通过弹性元件安装在面板上方，载板设置多个加速度计安装槽孔，每个安装槽孔对应一组探针；压板沿面板边缘设置的导杆上下移动，压板下表面设置多组压棒，压板通过压紧卡扣与面板咬合固定。该批量夹持装置安装在分度头上，与测试仪配合共同实现加速度计批量测试，满足工程应用。

Description

MEMS加速度计的批量夹持工装及测试系统、测试方法

技术领域

本发明涉及MEMS加速度计技术领域，尤其涉及一种MEMS加速度计的批量夹持工装及测试系统、测试方法。

背景技术

MEMS加速度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小。MEMS加速度计具有体积小、重量轻、能耗低等优点，适于应用于岩土测斜领域，测量各种岩土边坡和地基的位移，对监测对象的稳定性进行分析和预报。

目前，MEMS加速度计的标定测试主要以单件、手动为主，标定测试时间较长，生产效率较低，这种测试方式不利于MEMS加速度计的批量生产。部分批量测试系统的夹持固定装置多为单件单独固定，多个夹持固定装置共同进行测试，安装加速度计步骤较为繁琐，不利于批量生产，且重复性差，降低测试精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种MEMS加速度计的批量夹持工装及测试系统、测试方法，能够解决现有技术中MEMS加速度计批量生产中的批量测试和批量安装问题，提高生产效率。

本发明采用的技术解决方案如下：

一种MEMS加速度计的批量夹持工装，包括导杆、压板、载板、面板、立板和底板；所述面板安装在立板和底板组成的固定基座上，面板包括支撑板和内嵌在支撑板上表面的电木针板，所述电木针板上设置多组探针；所述载板通过弹性元件安装在面板上方，且载板设置有多个加速度计安装槽孔，每个安装槽孔对应电木针板上的一组探针；所述压板沿面板边缘设置的至少两根导杆上下移动，压板下表面设置与加速度计安装槽孔位置相对应的多组压棒，压板通过压紧卡扣与面板咬合固定。

进一步的，所述压板下表面还设置有至少1支载板压棒，所述至少两根导杆上端固定在导杆固定板上，所述压板通过上提卡扣固定在导杆固定板，所述安装槽孔内部设置至少2个定位柱。

进一步的，所述面板支撑板上开设镂空，所述探针嵌入电木针板并从支撑板上镂空位置穿出。

进一步的，所述立板包括前立板、后立板，所述后立板中心设置连接轴安装孔；所述前立板留有测试电缆接口、电源指示灯，所述探针的后端信号线连接到前立板的测试电缆接口上；所述立板上对称开设多个减重孔。

进一步的，所述导杆、导杆固定板、压板、载板、支撑板、立板、底板均采用铝合金材料；所述压棒采用尼龙塑料材料；所述探针采用圆锥头型；所述弹性元件为伸缩弹簧柱。

进一步的，所述每组探针包括四根探针，所述每组压棒包括至少3支压棒。

本发明还提供了一种MEMS加速度计批量测试系统，包括批量夹持工装和测试仪，所述批量夹持工装固定基座通过连接轴安装在分度头上，所述批量夹持工装与测试仪通过测试电缆连接；所述测试仪包括工控一体机、A/D采集模块、电源模块、继电器，A/D采集模块用于信号采集，工控一体机用于信号处理、界面显示、并与电源模块、继电器一起用于供电控制。

进一步的，所述测试仪采用7U铝合金机箱进行集成，所述工控一体机集成在机箱一面上，所述机箱内部采用双层结构，上层布置A/D采集模块、下层布置电源模块、继电器，中间设置隔离材料。

本发明还提供了一种MEMS加速度计批量测试方法，包括如下步骤：

S1、将批量夹持工装通过连接轴安装紧固在光学分度头上，将批量夹持工装与测试仪通过测试电缆连接，旋转光学分度头内轴，通过水平仪将批量夹持工装调整至水平位置，将光学分度头显示器读数置零；

S2、将多个加速度计安装于批量加持工装上，启动测试仪，控制批量夹持工装上电；

S3、进行0值标定，多个加速度计零偏值标定成功后显示在测试仪上，设定0偏值输出指标范围，测试仪自动判断各测试通道0偏值输出是否有效；

S4、进行0°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定0°输出指标范围，测试仪自动判断各通道0°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S5、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于+30°位置，开始进行+30°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定+30°输出指标范围，测试仪自动判断各通道+30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S6、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于-30°位置，开始进行-30°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定-30°输出指标范围，测试仪自动判断各通道-30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S7、测试项全部测试完毕后，工装下电，取出各通道内加速度计，测试结束。

进一步的，所述步骤S3中0偏值输出指标范围为0±0.2V，所述步骤S4中0°输出指标范围为0±0.001V；所述步骤S5中+30°输出指标范围为2±0.001V，所述步骤S6中-30°输出指标范围为-2±0.001V。

本发明的有益效果：

本发明MEMS加速度计的批量测试系统中批量夹持工装、测试仪结构分离，具有以下优点(1)合理分配自重，减轻高精度光学分度头载重负荷，即减轻安装在光学分度头上的批量夹持工装的重量；(2)避免了测试操作对测试工装稳定性的影响；(3)便于操作者坐视操作。

本发明中批量夹持工装主体结构采用铝合金材料制备抗形变能力强，在通过光学分度头调整角度时可以有效减小批量夹持工装形变，以减弱批量夹持工装形变对测试数据的影响。采用探针进行加速度计输入、输出，探触更加精准，探测信号稳定性好。

同时，批量夹持工装使用过程中，加速度计的安装、拆卸操作方便，可重复使用，对需要大量测试的工程应用效果突出。本发明中批量测试系统可提供较多测试通道，能满足批量测试对于单次测试数量要求。

本发明测试仪使用过程中，只需操作人员下发触屏指令，测试仪可自动完成工装上电、下电和数据采集、处理、分析、判断、显示，极大节约人力，提升测试效率。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的MEMS加速度计批量标定系统的左视图；

图2为本发明实施例中后立板正视图；

图3为本发明实施例中前立板正视图；

图4为本发明实施例中面板内嵌电木针板俯视图；

图5为本发明实施例中面板支撑板俯视图；

图6为本发明实施例中载板俯视图；

图7为本发明实施例中压板俯视图；

图8为本发明实施例中导杆固定板俯视图；

图9为本发明实施例中工装各部件展开图；

附图中标记表示：1为压板、2为载板、3为面板、4为导杆固定板、5为前立板、6为后立板、7为导杆、8为压紧卡扣、9为压棒、10为探针、11为左立板、12为底板、13为连接轴安装孔、14为加速度计安装槽孔、15为定位柱、16为载板压棒、17为上提卡扣。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明提供的MEMS加速度计批量测试系统包括：批量夹持工装、测试仪、测试电缆，批量夹持工装与测试仪通过测试电缆连接，批量夹持工装通过连接轴与光学分度头连接，由光学分度头控制批量夹持工装旋转到达预定角度。

如图1所示，批量夹持工装包括压板1、载板2、面板3、电木针板、导杆固定板4、前立板5、后立板6、导杆7、压紧卡扣8、压棒9、探针10、左立板11、右立板、底板12。

前、后、左、右立板和底板组成固定基座。如图2所示，后立板6上中心设置有连接轴安装孔13，用于安装连接轴和分度头，后立板6中心连接轴安装孔13外侧设置安装螺钉孔4个，通过螺钉将批量加持工装和连接轴固定。另外，后立板上还设计多个镂空孔用于减重。如图3所示，前立板5中心位置留有测试电缆接口、电源指示灯。

面板3安装在固定基座上，包括支撑板和内嵌在支撑板上表面的电木针板。如图4所示，电木针板上设置多组探针，每组包括四根探针10，用于加速度计电压的输入、输出，电木针板采用电木材料，用于探针嵌入的绝缘基体。如图5所示，支撑板表面对探针10穿出位置做镂空处理，探针嵌入电木针板并从支撑板镂空位置穿出。多根探针的后端信号线连接到前立板5的测试电缆接口上。

载板2通过弹性元件安装在面板3上方且与电木针板对应，如图6所示，所述载板2上设置多个加速度计安装槽孔14，安装槽孔内部设置至少2个定位柱15用于安装定位加速度计，加速度计安装槽孔14与下方电木针板上的探针对应。弹性元件支撑载板2使其与面板3保持一定距离，使安装槽孔14高于探针10顶部，便于加速度计的安装。

在面板3边缘设置至少两根导杆7，导杆7一端安装在面板3上、另一端穿过压板1安装在导杆固定板4上，压板1沿导杆7上下移动。在压板1上提状态下，压板1通过上提卡扣17固定在导杆固定板4上；在压板1下压状态下，压板1通过压紧卡扣8固定在面板3上方，压紧卡扣8包括上下两部分，分别固定在压板和面板上，用于将压板1和面板3扣紧固定。本实施例中，导杆固定板4如图8所示，为U型板。

如图7所示，压板1下表面设置多组压棒9，每组压棒至少3支，对应加速度计安装槽孔14位置，用于向下压紧加速度计。通过手动调节压板1，可以调整压棒上下运动，测试时，压棒向下固定载板上加速度计，并带动载板向下运动使探针充分探触加速度计输入与输出端的焊点，通过压紧卡扣固定面板及载板位置。

上述压板、载板、面板支撑板、导杆固定板、导杆、前立板、后立板、左立板、右立板、底板等主体结构均采用铝合金材料，有利于保持工装刚性，抗形变，为加速度计提供稳定角度环境。

上述压棒采用尼龙塑料材料，有利于保持高强度压紧效果，并保护加速度计表面材料不被损伤。

上述探针采用圆锥头型，利于探触通孔焊盘，使得探触更加精准，探测信号稳定性好。

上述弹性元件可以采用伸缩弹簧柱等零件。

本实施例中，批量夹持工装设置了20个加速度计测试通道，可以根据实际需求调整加速度计实际测试数量0～20个。每个通道设置4支探针，共80支，内嵌在电木针板里。支撑板上共留有20个探针穿出镂空孔，面板支撑板与内嵌电木针板共同组成面板。将圆形加速度计平放在载板圆形槽位上，每个槽位上的2个定位柱需穿过加速度计的2个定位孔。压板上设置4个导杆轴承、80支加速度计压棒、10支载板压棒16，每4支加速度计压棒对应一个加速度计，10支载板压棒均匀分布在压板下表面，用于保持载板平衡。

本实施例中，在批量夹持工装对称位置设计分度头连接轴螺钉孔，将夹持工装通过连接轴安装在高精度光学分度头上。载板采用10mm铝合金板，压板采用8mm铝合金板，其余板块采用6mm铝合金板，20通道测试工装自重不超10kg，满足分度头载重负荷要求。

在其他应用中也可以根据实际情况调整加速度计批量夹持工装测试通道的数量。需注意批量夹持工装自重满足分度头载重负荷。

本实施例中，测试仪包括工控一体机、A/D采集模块、电源模块、继电器，A/D采集模块用于加速度计输出信号采集，工控一体机用于信号处理、界面显示，并与电源模块、继电器一起用于供电控制。测试仪硬件系统采用7U铝合金机箱进行集成，工控一体机集成在机箱正侧面上，机箱采用双层结构设计，上层布置A/D采集模块、下层布置电源模块、继电器，中间设置隔离材料，减少电磁干扰对A/D采集模块的影响，同时达到节约空间的作用。

本实施例提供的MEMS加速度计批量测试方法流程如下：

S1、将批量夹持工装通过连接轴安装并紧固在SJJF-01型号高精度光学分度头上，将批量夹持工装测试电缆接口与测试仪通过测试电缆连接，组成MEMS加速度计测试系统。旋转光学分度头内轴，通过水平仪将批量夹持工装调整至水平位置，将光学分度头显示器读数置零。

S2、将20个MEMS加速度计安装于批量加持工装通道内，启动测试仪，进入操作界面后，控制批量夹持工装上电。点击“工装上电”，工装电源指示灯点亮。

S3、进行0值标定，20路通道零偏值标定成功后显示在测试仪上，0偏值输出指标范围设定为0±0.2V内，测试仪自动判断各通道0偏值输出是否有效。

S4、进行0°测试，20路通道的测试值实时显示在测试仪上，输出指标范围设定为0±0.001V范围内，测试仪自动判断各通道0°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警。

S5、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于+30°位置，开始进行+30°测试，20路通道的测试值实时显示在测试仪上，输出指标范围设定为2±0.001V范围内，测试仪自动判断各通道+30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警。

S6、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于-30°位置，开始进行-30°测试，20路通道的测试值实时显示在测试仪上，输出指标范围设定为-2±0.001V范围内，测试仪自动判断各通道-30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警。

S7、测试项全部测试完毕后，单击“工装下电”，批量夹持工装电源指示灯灯灭后，取出各通道内加速度计，测试结束。

至此，MEMS加速度计的批量测试完成。

通过上述批量测试，可以筛选出短路、无输出、输出偏差大、输出不稳定的故障加速度计。

本发明批量夹持工装可与高精度数字式精密光栅光学分度头连接，为加速度计提供精度不低于1″的测试环境。

上述测试方法中，0偏值输出指标范围、0°输出指标范围、+30°输出指标范围、-30°输出指标范围可以根据加速度计的自身参数进行设定，一般误差范围为：±1mv。

本发明还可以用于测试MEMS加速度计的重复性、精度等性能，主要通过测试系统获得加速度计敏感轴的不同偏转角度下输出信号的电压参数即可通过参数代入公式计算重复性、精度指标。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，包括导杆、压板、载板、面板、立板和底板；所述面板安装在立板和底板组成的固定基座上，面板包括支撑板和内嵌在支撑板上表面的电木针板，所述电木针板上设置多组探针；所述载板通过弹性元件安装在面板上方，且载板设置有多个加速度计安装槽孔，每个安装槽孔对应电木针板上的一组探针；所述压板沿面板边缘设置的至少两根导杆上下移动，压板下表面设置与加速度计安装槽孔位置相对应的多组压棒，压板通过压紧卡扣与面板咬合固定。

2.根据权利要求1所述的MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，所述压板下表面还设置有至少1支载板压棒，所述至少两根导杆上端固定在导杆固定板上，所述压板通过上提卡扣固定在导杆固定板，所述安装槽孔内部设置至少2个定位柱。

3.根据权利要求1所述的MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，所述面板支撑板上开设镂空，所述探针嵌入电木针板并从支撑板上镂空位置穿出。

4.根据权利要求1所述的MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，所述立板包括前立板、后立板，所述后立板中心设置连接轴安装孔；所述前立板留有测试电缆接口、电源指示灯，所述探针的后端信号线连接到前立板的测试电缆接口上；所述立板上对称开设多个减重孔。

5.根据权利要求1所述的MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，所述导杆、导杆固定板、压板、载板、支撑板、立板、底板均采用铝合金材料；所述压棒采用尼龙塑料材料；所述探针采用圆锥头型；所述弹性元件为伸缩弹簧柱。

6.根据权利要求1所述的MEMS加速度计的批量夹持工装，其特征在于，所述每组探针包括四根探针，所述每组压棒包括至少3支压棒。

7.一种采用权利要求1～6中任一项所述MEMS加速度计批量夹持工装的测试系统，其特征在于，包括批量夹持工装和测试仪，所述批量夹持工装固定基座通过连接轴安装在分度头上，所述批量夹持工装与测试仪通过测试电缆连接；

所述测试仪包括工控一体机、A/D采集模块、电源模块、继电器，A/D采集模块用于信号采集，工控一体机用于信号处理、界面显示，并与电源模块、继电器一起用于供电控制。

8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述测试仪采用7U铝合金机箱进行集成，所述工控一体机集成在机箱一面上，所述机箱内部采用双层结构，上层布置A/D采集模块、下层布置电源模块、继电器，中间设置隔离材料。

9.一种采用权利要求7或8所述的测试系统的MEMS加速度计测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将批量夹持工装通过连接轴安装紧固在光学分度头上，将批量夹持工装与测试仪通过测试电缆连接，旋转光学分度头内轴，通过水平仪将批量夹持工装调整至水平位置，将光学分度头显示器读数置零；

S2、将多个加速度计安装于批量加持工装上，启动测试仪，控制批量夹持工装上电；

S3、进行0值标定，多个加速度计零偏值标定成功后显示在测试仪上，设定0偏值输出指标范围，测试仪自动判断各测试通道0偏值输出是否有效；

S4、进行0°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定0°输出指标范围，测试仪自动判断各通道0°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S5、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于+30°位置，开始进行+30°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定+30°输出指标范围，测试仪自动判断各通道+30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S6、旋转分度头内轴使批量夹持工装处于-30°位置，开始进行-30°测试，多个通道的测试值实时显示在测试仪上，设定-30°输出指标范围，测试仪自动判断各通道-30°测试值输出是否正确，输出错误通道显示红色报警；

S7、测试项全部测试完毕后，工装下电，取出各通道内加速度计，测试结束。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中0偏值输出指标范围为0±0.2V，所述步骤S4中0°输出指标范围为0±0.001V；所述步骤S5中+30°输出指标范围为2±0.001V，所述步骤S6中-30°输出指标范围为-2±0.001V。

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