CN207036154U

CN207036154U - 一种基于fpga的传感器性能检测装置

Info

Publication number: CN207036154U
Application number: CN201720411579.XU
Authority: CN
Inventors: 马盛元; 倪锦根
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2027-04-19

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的传感器性能检测装置，包括与被测传感器连接的前端电路，与前端电路连接的模数转换模块，所述模数转换模块连接FPGA运算处理模块，所述FPGA运算处理模块由FPGA控制模块控制，所述FPGA控制模块连接VGA显示模块和人机交互模块，所述VGA显示模块包括时域显示区、频域显示区和离散时域显示区。允许用户针对不同传感器根据需要设定检测装置的相关参数测量精度、温漂、零漂等关键参数，同时辅助分析影响精度的噪声源，可以帮助用户提高传感器性能，可以对批量的传感器的性能做连续的快速的检测分析。

Description

一种基于FPGA的传感器性能检测装置

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体地涉及一种基于FPGA的传感器性能检测装置。

背景技术

随着技术的发展，各种传感器应用越来越普遍，传感器的性能对应用有很大影响，所以对传感器的性能的检测也变得十分必要。现有的传感器检测装置多是对特定类型的传感器（例如位移传感器）测量，缺乏灵活性，结构大都比较复杂，体积比较大，成本也比较高。而且只能测量出存在精度问题不能辅助解决问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型目的是：提供一种基于FPGA的传感器性能检测装置，允许用户针对不同传感器根据需要设定检测装置的相关参数测量精度、温漂、零漂等关键参数，同时辅助分析影响精度的噪声源（电路噪声或者机械噪声），可以帮助用户提高传感器性能，可以对批量的传感器的性能做连续的快速的检测分析，此外，检测装置还可以配置为筛选模式，该模式下可以设置性能指标的允许范围，然后在依次分析多个传感器，一旦某个性能参数超出允许范围就会有相关报警提示。

本实用新型的技术方案是：

一种基于FPGA的传感器性能检测装置，包括与被测传感器连接的前端电路，与前端电路连接的模数转换模块，所述模数转换模块连接FPGA运算处理模块，所述FPGA运算处理模块由FPGA控制模块控制，所述FPGA控制模块连接VGA显示模块和人机交互模块，所述VGA显示模块包括时域显示区、频域显示区和离散时域显示区。

优选的，所述人机交互模块，用于设置检测方式、检测参数和显示模式，所述检测参数包括传感器的精度、温漂、零漂，所述显示模式包括连续时域显示模式、频域显示模式和离散时域显示模式。

优选的，所述前端电路包括采样保持电路、滤波电路放大电路。

优选的，所述FPGA控制模块包括配置模块、界面配置切换模块和波形处理模块。

优选的，所述FPGA控制模块还包括批量筛选模块及与批量筛选模块连接的报警模块，所述批量筛选模块根据用户设置的筛选性能指标类型与参数范围进行筛选，所述报警模块用于当不符合性能指标类型与参数范围进行报警。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本传感器检测装置可以允许用户针对不同传感器根据自己需要设定检测装置的相关参数测量精度、温漂、零漂等关键参数；同时可以对传感器输出电信号进行FFT（FastFourier Transformation）分析，辅助分析影响精度的噪声源（电路噪声或者机械噪声），帮助用户提高传感器性能。

本传感器检测装置不仅仅可以对单个传感器做一个性能分析，也可以允许用户对批量的传感器的性能做一个连续的快速的检测，然后可以得出一个批量传感器整体性能的一个分析报告；同时本传感器检测装置还可以根据设定的性能指标允许范围对多个传感器进行筛选，选出不符合要求的传感器。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型传感器性能检测装置的原理框图；

图2为本实用新型传感器性能检测装置的实例连接框图；

图3为本实用新型传感器性能检测装置的VGA显示模式和切换方式框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例：

如图1所示，一种基于FPGA的传感器性能检测装置，包括与被测传感器连接的前端电路，与前端电路连接的模数转换模块，模数转换模块连接FPGA运算处理模块，FPGA运算处理模块由FPGA控制模块控制，FPGA控制模块连接VGA显示模块和人机交互模块，VGA显示模块包括时域显示区、频域显示区和离散时域显示区。FPGA运算处理模块中包含可配置的FFT运算模块，对传感器的输入电信号进行FFT（Fast Fourier Transformation）分析，给出噪声频率，辅助分析影响精度的噪声源（电路噪声或者机械噪声）。

FPGA控制模块包括配置模块、界面配置切换模块和波形处理模块。FPGA控制模块还包括批量筛选模块及与批量筛选模块连接的报警模块，批量筛选模块根据用户设置的筛选性能指标类型与参数范围进行筛选，报警模块用于当不符合性能指标类型与参数范围进行报警。

按键输入模块可以为按键或者触摸屏的形式，可以设置检测方式、检测参数和显示模式。

检测方式包括单个模式和批量模式。在批处理模式中，检测装置会把每个测量完的传感器性能做一个记录，整个批次测量完后，对这些数据做一个整体的分析处理，并给出整体性能的分析报告。

检测参数包括传感器的精度、温漂、零漂。

显示模式包括连续时域显示模式、频域显示模式和离散时域显示模式。

如图2所示，前端电路由一个放大倍数可调的放大器组成，以确保进入模数转换器的信号大小适合。如果对传感器精度测量要求较高，可以加入采样保持模块以保证模数转换器的转换精度也可以加入滤波模块降低噪声的影响。

采用配有Xilinx的Artix-7系列的xc7a35tcpg236型号FPGA芯片的开发板平台。该型号FPGA资源满足该设计要求，内部有一个12位的模数转换器可以使用，而且有按键和拨码开关供用户输入，配有VGA接口驱动VGA显示器。VGA显示器包括时域显示区、频域显示区和离散时域显示区。可采用Xilinx的vivado软件用Verilog语言开发该平台FPGA。

Top.v顶层文件下包含13个子文件，组合来实现项目功能：

Clock.v：该文件配置FPGA主时钟，并根据其他不同模块需求分别为其分配时钟。

Xadc.v:该文件配置FGPA片载模数转换器，可根据需求配置参数。

Waveform_ram.v:该文件存储输入数字量，以备其它模块处理。

Vga.v:该文件驱动VGA接口。

Fft_top.v：该文件调用FFT的Ip核，并且可根据需要配置FFT参数。

Vga_initial.v:该文件配置了显示的界面，并且可根据要求切换界面。

Waveform_rom.v:该文件提供了显示波形必要的rom资源。

Char_rom.v:该文件提供了显示字符必要的rom资源。

Key.v:该文件提供了对按键输入的读取并且实现相应的功能。

Wenpiao_lingpiao.v:该文件提供了对温漂零漂的测量和配置。

Wave_processing.v:该文件提供了对波形点的读取和对输入信号峰峰值频率的测量。

Batch_processing.v:该文件提供了批量传感器性能测试的处理功能。

Trigger.v:该文件提供了波形显示时触发的控制和对触发电平的选择。

如图3所示，可以根据按键切换三种显示功能模式实现不同的功能，并且可以在不同模式下配置参数实现个性化的精度、温漂、零漂测量，并且辅助找出影响传感器精度的因素。

该检测装置的使用方式如下：

（1）根据传感器输出的信号大小配置前端放大器倍数以使进入FPGA片载模数转换器的信号大小适合。

（2）按键选择连续时域显示模式，可以显示实时传感器输出波形，分析波形波动情况，给出频率和峰峰值，并且可以选择点读取测量值来测量精度。

（3）按键选择频域显示模式，看出信号的频域特征确定出噪声的频率，根据频率辅助分析噪声来源，是机械原因引起的还是电路原因，找到问题解决问题。

（4）按键选择离散时域显示模式，根据需要设置采样时间，测量温漂和零漂。

（5）可以根据显示界面提示和按键操作进入批量传感器检测模式，该模式下，检测装置会快速并且自动完成对每一个传感器的参数进行测量并做记录，完成一个传感器的测量后，界面会有提示放上下一个传感器。一批传感器测量完成后，根据用户要求，选择要分析的项，然后可以自动得出一批传感器性能的总体的分析报告。

（6）还可以根据显示界面提示和按键操作进入批量传感器筛选模式，在该模式下可以设置一系列性能指标的允许范围，然后在依次分析多个传感器，一旦某个性能参数超出允许范围就会有相关报警提示，从而帮助用户迅速筛选出不符合要求的传感器。

具体的检测方法如下：

应用本检测装置对某一型号的压力传感器性能做检测，可以由以下几个步骤：

1.制作前端信号调理电路，主要针对是电压大小的调节，把压力传感器给出的电压信号调整到本模数转换模块的最佳测量范围内，然后将压力传感器信号经过前端电路送到数模转换模块。

2.选择连续时域显示模式，给传感器不同的压力，同时保证不改变其他环境因素，待读数基本稳定时读取相应测量值，将结果与标准值比较，以对传感器精度进行评判。

3.选择频域显示模式，给传感器一个固定的压力，同时保证不改变其他环境因素，待系统稳定，观察频谱结果，分析判断可能存在的噪声问题与原因，并尽可能解决问题。

4.选择离散时域显示模式，设置采样时间为1分钟，采样60个点，不对传感器施加压力，待测量完后分析零漂情况。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种基于FPGA的传感器性能检测装置，其特征在于，包括与被测传感器连接的前端电路，与前端电路连接的模数转换模块，所述模数转换模块连接FPGA运算处理模块和FPGA控制模块，所述FPGA运算处理模块由FPGA控制模块控制，所述FPGA控制模块连接VGA显示模块和按键输入模块，所述VGA显示模块包括时域显示区、频域显示区和离散时域显示区。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的传感器性能检测装置，其特征在于，所述按键输入模块，用于设置检测方式、检测参数和显示模式，所述检测参数包括传感器的精度、温漂、零漂，所述显示模式包括连续时域显示模式、频域显示模式和离散时域显示模式。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的传感器性能检测装置，其特征在于，所述前端电路包括采样保持电路、滤波电路放大电路。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的传感器性能检测装置，其特征在于，所述FPGA控制模块包括配置模块、界面配置切换模块和波形处理模块。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的传感器性能检测装置，其特征在于，所述FPGA控制模块还包括批量筛选模块及与批量筛选模块连接的报警模块，所述批量筛选模块根据用户设置的筛选性能指标类型与参数范围进行筛选，所述报警模块用于当不符合性能指标类型与参数范围进行报警。