CN114485757A - 用于温湿度传感器的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于温湿度传感器的测试系统及方法，测试系统中的测试箱的温度和湿度能够同时独立控制，可以为待测温湿度传感器分别提供不同的测试温度和湿度。通过在温度和湿度两种环境相结合的交变环境中对温湿度传感器进行电测试和电老炼，采用数据采集单元对待测温湿度传感器进行数据采集，再经信号处理单元对采集到的数据进行计算分析，得到待测温湿度传感器的检测性能数据，根据检测性能数据对待测温湿度传感器的性能进行评估，从而剔除低性能、低可靠性的劣质温湿度传感器。此外，测试单元中的测试电路板与待测温湿度传感器是插接的，可以利用一块测试电路板对多个温湿度传感器进行测试，提高测试效率。

Description

用于温湿度传感器的测试系统及方法

技术领域

本申请涉及传感器检测老炼技术领域，尤其涉及一种用于温湿度传感器的测试系统及方法。

背景技术

目前，温湿度传感器器件市场上充斥着大量的劣质器件，其中主要包括低性能器件和低可靠性器件。这些劣质温湿度传感器一旦流入产品的生产环节，轻则直接影响到产品的生产周期、质量和使用寿命，重则威胁使用者和他人的生命财产安全。而一旦流入军工行业，甚至将会影响我国的国防安全，危害国家利益。

目前普遍的温湿度传感器的测试方法是对器件的微小结构进行检测。利用检测芯片实现温湿度敏感结构检测。数据经过单片机处理后由LCD显示。利用恒温恒湿试验箱对带有温湿度传感器的电路板进行多点采样，从而实现对器件性能的测试。该方法是依据微电子集成电路的测试方法进行制定的，对传感器的测试存在一定不足，无法对传感器的响应特性、回滞特性等参数进行准确测试。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种用于温湿度传感器的测试系统及方法。

基于上述目的，本申请提供了一种温湿度传感器的测试系统，包括：

测试单元，被配置为能够为待测温湿度传感器提供测试环境；

数据采集单元，被配置为对所述测试单元进行数据采集；

信号处理单元，被配置为对接收到的所述数据采集单元采集的数据进行分析处理。

进一步的，所述测试单元包括测试箱、温度计、露点仪、测试电路板、温度控制器和湿度控制器，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均设置在所述测试箱内部，所述温度控制器和所述湿度控制器设置在所述测试箱外部，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均与所述数据采集单元电连接，所述待测温湿度传感器能够固设在所述测试电路板上，所述温度计被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行温度测试，所述露点仪被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行湿度测试，所述温度控制器被配置为对所述测试箱内的温度进行调节，所述湿度控制器被配置为对所述测试箱内的湿度进行调节。

进一步的，所述温度计和所述露点仪的精度均高于所述待测温湿度传感器的精度。

进一步的，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板与所述数据采集单元之间的传输信号线均为屏蔽线。

进一步的，所述待测温湿度传感器通过测试夹具固定在所述测试电路板上。

进一步的，所述测试电路板表面和所述测试夹具表面均是经过预处理的。

进一步的，所述温度控制器控制所述测试箱内的温度至少每2min升高或降低1℃。

进一步的，所述湿度控制器控制所述测试箱内的湿度至少每2min升高或降低1％rh。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种温湿度传感器的测试方法，包括：

预先设置待测温湿度传感器的温度测试范围和湿度测试范围；

将待测温湿度传感器固定在测试箱内，基于所述温度测试范围对所述待测温湿度传感器进行保温预处理；

将测试箱的温度设置为恒定值，基于湿度测试范围通过湿度控制器对所述测试箱的湿度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第一数据；

将测试箱的湿度设置为恒定值，基于温度测试范围通过温度控制器对所述测试箱的温度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第二数据；

通过信号处理单元对所述第一数据和所述第二数据进行分析，以得到所述待测温湿度传感器的检测结果。

进一步的，所述保温预处理的时间为10min-30min。

从上面所述可以看出，本申请提供了一种用于温湿度传感器的测试系统及方法，测试系统中的测试箱的温度和湿度能够同时独立控制，可以为待测温湿度传感器分别提供不同的测试温度和湿度。通过在温度和湿度两种环境相结合的交变环境中对温湿度传感器进行电测试和电老炼，采用数据采集单元对待测温湿度传感器进行数据采集，再经信号处理单元对采集到的数据进行计算分析，得到待测温湿度传感器的检测性能数据，根据检测性能数据对待测温湿度传感器的性能进行评估，从而剔除低性能、低可靠性的劣质温湿度传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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为本申请实施例的用于温湿度传感器的测试系统的结构示意图；

图2为本申请实施例的用于温湿度传感器的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

以下结合附图来详细说明本申请的实施例。

本申请提供了一种温湿度传感器的测试系统，参考图1，包括：

测试单元1，被配置为能够为待测温湿度传感器提供测试环境；

数据采集单元2，被配置为对所述测试单元进行数据采集；

信号处理单元3，被配置为对接收到的所述数据采集单元采集的数据进行分析处理。

具体的，本实施例中的测试系统包括三个部分，分别为测试单元1、数据采集单元2和信号处理单元3，测试单元1负责对待测的温湿度传感器提供测试环境，包括温度和湿度的调节，在不同的温度或湿度条件下通过数据采集单元2对待测的温湿度传感器的电信号进行采集，并将采集的数据传输给信号处理单元3。信号处理单元3通过对接收到的数据进行分析处理，得到温湿度读数，以确定所述待测温湿度传感器的性能一致性，通常评价待测温湿度传感器的性能指标为灵敏度、重复性和迟滞性误差等等。通过本实施例中的测试系统的计算分析可以得到待测温湿度传感器的上述性能指标，为待测温湿度传感器的筛选提供了数据基础。本实施例中的数据采集单元2和信号处理单元可以设置为自动ATE测试系统，通过ATE测试系统对待测温湿度传感器进行自动测试。

在一些实施例中，所述测试单元1包括测试箱、温度计、露点仪、测试电路板、温度控制器和湿度控制器，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均设置在所述测试箱内部，所述温度控制器和所述湿度控制器设置在所述测试箱外部，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均与所述数据采集单元2电连接，所述待测温湿度传感器能够固设在所述测试电路板上，所述温度计被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行温度测试，所述露点仪被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行湿度测试，所述温度控制器被配置为对所述测试箱内的温度进行调节，所述湿度控制器被配置为对所述测试箱内的湿度进行调节。

具体的，对温湿度传感器进行检测时，需要保证温度环境与传感器芯片内部温度一致，且环境温度扰动要小于芯片的读取转换速度。这种高要求的温度环境在日常生活中很难实现，因为空气的温度扰动相当巨大，且空气、水等常见介质的比热容相对较小，流动性很大，需对现有恒温恒湿箱进行改造才能够满足温湿度传感器所需的测试环境。本实施例中，温度计用来测试温湿度传感器的实际温度，露点仪用来测试温湿度传感器的实际湿度。同时，测试箱配备能够精准控制温度和湿度变化的温度控制器和湿度控制器，且要求温度控制器和湿度控制器能够独立进行调控，以实现在恒温或恒湿情况下，独立调节湿度或温度变化范围。应用本实施例的测试箱对温湿度传感器进行试验，可以获取在不同温度和不同湿度条件下温湿度传感器的电信号数据，基于获取得到的多个电信号数据对温湿度传感器的性能进行测试比对，筛选出劣质温湿度传感器。

另外，本实施例采用测试电路板与待测温湿度传感器分开设置的方式，也即待测温湿度传感器通过插接的方式固定在测试箱中的测试电路板上，测试结束后直接将温湿度传感器从测试电路板上拔出即可。这样，同一测试电路板可以对不同的温湿度传感器进行测试，得到多个待测温湿度传感器的性能测试结果。如果测试箱内部空间允许，可以同时在测试箱内部放置多块测试电路板，这样即可同时对多个待测温湿度传感器进行性能测试，实现在同样的测试环境下，比较不同温湿度传感器之间的性能差异。整个测试电路板将单片机及其相关电路集成在一块PCB板上，通过串口与数据采集单元2连接。待测温湿度传感器芯片集成在一小块PCB板上，PCB板可以方便置入不同的测试温湿度环境中。测试电路板可以根据器件手册中推荐的典型应用电路进行设计和加工，测试电路板设计及制作应该符合老炼板设计要求。

在一些实施例中，所述温度计和所述露点仪的精度均高于所述待测温湿度传感器的精度。选择精度较高的温度计和露点仪可以准确测试待测温湿度传感器的实际温湿度，在温湿度变化范围内能够更灵敏精确的反应待测温湿度传感器的实际温湿度变化，提高测试结果的准确性和可靠性。

在一些实施例中，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板与所述数据采集单元2之间的传输信号线均为屏蔽线。本实施例中采用屏蔽线作为信号传输线，屏蔽线是一种利用金属网状编织层将信号线包裹起来的传输线，编织层一般采用红铜或镀锡铜，将金属保护层的一端接地之后，可以有效屏蔽外界对温湿度传感器性能测试系统的输出信号的干扰。明确温湿度传感器的信号输出引脚数，通过采用航空插头焊接与屏蔽线相结合的方法将温湿度传感器输出信号线通过测试箱特定密封孔与数据采集单元2进行连接，以便后续信号处理单元3对温湿度传感器输出数据的分析与监测。在温湿度传感器与检测电路连接处，通过密封胶圈和检漏液定时检测测试箱内的气压、温度、湿度是否稳定无泄漏、温湿度传感器输出信号是否能够准确检测。

在一些实施例中，所述待测温湿度传感器通过测试夹具固定在所述测试电路板上。通过测试夹具能够方便的将待测温湿度传感器和测试电路板进行连接，且保证连接稳固、传输信号稳定。

在一些实施例中，所述测试电路板表面和所述测试夹具表面均是经过预处理的。测试电路板表面进行三防处理，三防处理为防霉菌、防潮湿、防盐雾，三防处理可以确保测试电路板隔绝潮气的影响，降低电子器件性能消退的状况。测试夹具表面进行疏水和防结霜镀层处理，确保不会由于湿度变化导致器件引脚间存在漏电通道。

在一些实施例中，所述温度控制器控制所述测试箱内的温度至少每2min升高或降低1℃。在本实施例中，对待测温湿度传感器的最大温度测试范围为60℃至-20℃，温度变化范围为80℃，将温度控制器的调整频率设定为每2min升高或降低1℃，可以保证温湿度传感器在合适的温度波动范围内进行测试，以达到良好的测试效果。

在一些实施例中，所述湿度控制器控制所述测试箱内的湿度至少每2min升高或降低1％rh。在本实施例中，对待测温湿度传感器的最大湿度测试范围为2％至90％，湿度变化范围为88％，将湿度控制器的调整频率设定为每2min升高或降低1％rh，可以保证温湿度传感器在合适的湿度波动范围内进行测试，以达到良好的测试效果。本实施例中的湿度为相对湿度，相对湿度是指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种温湿度传感器的测试方法，参考图2，包括以下步骤：

步骤S101、预先设置待测温湿度传感器的温度测试范围和湿度测试范围。

具体的，参考待测温湿度传感器的器件手册，明确待测温湿度传感器的适用温度范围和湿度范围，基于实际测试需求确定温度测试范围和湿度测试范围，之后再对待测温度传感器展开性能测试。

步骤S102、将待测温湿度传感器固定在测试箱内，基于所述温度测试范围对所述待测温湿度传感器进行保温预处理。

具体的，在对待测温湿度传感器进行测试之前，根据高温到低温或是低温到高温的测试环境，对待测温湿度传感器和测试电路板进行保温预处理。如果测试环境为从高温到低温，例如从60℃至-20℃，则测试箱内起始温度调整到60℃，对测温湿度传感器和测试电路板保温一段时间再开始性能测试。如果测试环境为从低温到高温，例如从-20℃至60℃，则测试箱内起始温度调整到-20℃，对测温湿度传感器和测试电路板保温一段时间再开始性能测试。这样，可以保证待测温湿度传感器的内部芯片温度的起始温度与测试环境温度保持一致，从而保证测试结果的准确性。

步骤S103、将测试箱的温度设置为恒定值，基于湿度测试范围通过湿度控制器对所述测试箱的湿度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第一数据。

具体的，当需要对待测温湿度传感器的湿度进行调节时，根据测试需求设定一个恒定温度，可以将恒定温度分别在低温、室温和高温三个范围内进行取值。设定好恒定温度后，通过湿度控制器对测试箱内的湿度进行调节，根据预先设定的湿度测试范围进行湿度的精确调节，通过数据采集单元2对待测温湿度传感器的电信号数据进行采集，采集频率为每分钟不少于30次，将采集得到的数据作为第一数据。

步骤S104、将测试箱的湿度设置为恒定值，基于温度测试范围通过温度控制器对所述测试箱的温度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第二数据。

具体的，当需要对待测温湿度传感器的温度进行调节时，根据测试需求设定一个恒定湿度，也可以将恒定湿度分别在干燥、正常和高湿度三个范围内进行取值。设定好恒定湿度后，通过温度控制器对测试箱内的温度进行调节，根据预先设定的温度测试范围进行温度的精确调节，通过数据采集单元2对待测温湿度传感器的电信号数据进行采集，采集频率为每分钟不少于30次，将采集得到的数据作为第二数据。

步骤S105、通过信号处理单元3对所述第一数据和所述第二数据进行分析，以得到所述待测温湿度传感器的检测结果。

具体的，通过数据采集单元2将第一数据和第二数据传输给信号处理单元3，信号处理单元3对第一数据和第二数据进行计算分析，以得到待测温湿度传感器的检测结果。本实施例中，选择HST 211型和HDC 2080型温湿度传感器进行温湿度测试，并对其测试结果的一致性进行分析，来验证器件出厂的一致性。根据物联网传感器环境的实际需求，具体试验包括高温60℃到低温-20℃的全温测试和相对湿度2％到90％的全范围测试，测试的数据包括正常工作的电流、电压、温度读数和湿度读数。根据待测温湿度传感器的器件自身精度，选择精度范围在±0.05℃的温度计和精度范围在±0.1％的露点仪。

测试结果包括线性度、重复性、迟滞性和灵敏度。传感器的线性度又被称作非线性，首先采用拟合方法对传感器的测试数据进行线性化处理得到拟合曲线，然后与传感器输入-输出校准曲线进行比较，得到拟合曲线与传感器输入输出曲线之间最大的偏差作为线性度。通常，线性度用相对误差来表示。传感器的重复性误差和迟滞性误差是传感器的静态特性中的重要指标。这两种误差一般来自于传感器的装配、磨损、间隙、老化等。其中，重复性是指传感器在同一工作环境条件下，在全量程范围内，传感器的输入量按同一方向进行连续多次测试，最终所得到的输入-输出曲线的一致程度，当传感器的输出特性曲线之间的靠近程度越高，则说明传感器的重复性就越好。传感器的重复性误差可以采用标准偏差计算。传感器的迟滞性误差是指传感器在压力升程和降程的情况下，输出的数据的不重合的程度。传感器的灵敏度是传感器静态指标中的重要参数，代表了在稳定静态测试情况下，传感器的输出数据增量和输入数据增量之间的比值，也就是说，传感器输出曲线的斜率的大小相当于传感器的灵敏度的大小。

在试验过程中，抽取10个温湿度传感器在高低温的情况下进行试验，根据试验的结果判断传感器的温度可靠性是否达到设计要求。对每种型号器件选取10只进行高温60℃到低温-20℃的全温测试和相对湿度2％到90％的全范围测试，每个温度或湿度测试次数不少于30次，测试过程中控制测试环境内的温度或湿度，使其湿度或温度进行变化，从而进行相应的灵敏度、重复性、迟滞性误差等的计算测试。过程中通过对每只温湿度传感器在每一温度点或是湿度点条件下进行30次连续性测试来确定每只温湿度传感器的重复性，进而衡量该型温湿度传感器的重复性。然后对同一标定温度或湿度下的10只每只温湿度传感器进行温度或湿度输出进行线性拟合，求出其非线性。

在一些实施例中，所述保温预处理的时间为10min-30min。本实施例中可以根据实际试验需求将保温预处理时间确定为10min至30min中的任一数值，只要确保待测温湿度传感器的内部芯片温度与测试箱内的初始测试温度相同即可。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温湿度传感器的测试系统，其特征在于，包括：

测试单元，被配置为能够为待测温湿度传感器提供测试环境；

数据采集单元，被配置为对所述测试单元进行数据采集；

信号处理单元，被配置为对接收到的所述数据采集单元采集的数据进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试单元包括测试箱、温度计、露点仪、测试电路板、温度控制器和湿度控制器，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均设置在所述测试箱内部，所述温度控制器和所述湿度控制器设置在所述测试箱外部，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板均与所述数据采集单元电连接，所述待测温湿度传感器能够固设在所述测试电路板上，所述温度计被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行温度测试，所述露点仪被配置为能够对所述待测温湿度传感器进行湿度测试，所述温度控制器被配置为对所述测试箱内的温度进行调节，所述湿度控制器被配置为对所述测试箱内的湿度进行调节。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度计和所述露点仪的精度均高于所述待测温湿度传感器的精度。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度计、所述露点仪和所述测试电路板与所述数据采集单元之间的传输信号线均为屏蔽线。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述待测温湿度传感器通过测试夹具固定在所述测试电路板上。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述测试电路板表面和所述测试夹具表面均是经过预处理的。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度控制器控制所述测试箱内的温度至少每2min升高或降低1℃。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述湿度控制器控制所述测试箱内的湿度至少每2min升高或降低1％rh。

9.一种温湿度传感器的测试方法，其特征在于，包括：

预先设置待测温湿度传感器的温度测试范围和湿度测试范围；

将待测温湿度传感器固定在测试箱内，基于所述温度测试范围对所述待测温湿度传感器进行保温预处理；

将测试箱的温度设置为恒定值，基于湿度测试范围通过湿度控制器对所述测试箱的湿度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第一数据；

将测试箱的湿度设置为恒定值，基于温度测试范围通过温度控制器对所述测试箱的温度进行调节，在调节过程中通过数据采集单元对所述待测温湿度传感器进行数据采集，得到第二数据；

通过信号处理单元对所述第一数据和所述第二数据进行分析，以得到所述待测温湿度传感器的检测结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述保温预处理的时间为10min-30min。

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