测试背景

汽车传感器测试，作为ATE的传统方向，相关的测试经验和技术积累已经非常成熟。我们的客户，对汽车传感器实验室测试系统多年以来都有大量的需求。只是以往的实验测试系统，测试对象和功能较为单一，无法满足汽车上多样类别传感器的测试。
去年年底我们的一个新客户，东风商用车技术中心，希望我们的设备能满足多种类别传感器的实验室测试。要求测试的传感器不仅种类多样，而且要提供-40℃至150℃温度环境，并在相应的温度点下对传感器精确测量。进过测试方法的论证设计，系统在通过对汽车各类传感器测试信号和运用环境的多样整合，实现了汽车轮速、油量、液位、温度、气压和油压传感器在高低温环境下的汽车多传感器性能测试，同时兼顾部分类型传感器在高低温度下的耐久性试验，是研发设计开发测试及型式试验的不二选择。
系统利用一套测试仪器资源，可对多种汽车传感器进行测量，降低了实验室下的汽车传感器测试成本。通过测试机柜和测试工作台的分离，可按照测试对象来定制和扩展不同类别的测试工作台，实现了硬件上扩展和升级的功能。

系统结构与功能

本系统是基于PCI总线设计的多种类传感器通用测试平台系统，数据采集和控制过程由PCI测试主机作为上位机控制完成。整体系统由通用测试机柜和传感器工作台两部分构成，机柜和工作台之间使用通用路由接口和适配线缆进行连接。系统整体图示见图1。

图1 系统整体图示

系统典型测试指标和控制指标范围见表1。

通用测试机柜作为整个系统的测试平台，其集成了先进的测试仪器和设备，为满足不同类型传感器测试需求而设计，其主要功能分为控制和采集。控制功能包括：轮速传感器目标轮运动控制，液位传感器液位高低控制，气压传感器气压控制，环境温度控制和直流电源输出。采集功能包括：电压或电流信号高精度采集，电压波形采集，电阻采集等涵盖多种传感器的通用测试功能。

传感器工作台分为两个。一个是通用轮速传感器测试工作台，可以针对多种类型的轮速传感器进行测试。工作台置于温控范围为-40℃至150℃的高低温试验箱中，使用最大转速为5000RPM的伺服电机调节目标轮的工作转速，测件夹具可以进行手动目标轮更换，感应面调整和气隙调整，以适应不同运用场合下的轮速、曲轴和凸轮轴等和发动机转速相关的传感器。轮速传感器测试工作台使用加重加厚的台面，令目标轮转动平稳。

另一个工作台是多传感器通用测试工作台，涵盖了汽车油箱、水箱和油泵等工作环境下的传感器。工作台主要包括恒温槽、测件夹具滑台以及气压增压系统。恒温槽在系统中主要由三种用，其第一个用途是为被测传感器提供-40℃至150℃的环境温度；第二个用途是作为温度传感器的温度传导介质；第三个用途是和测件夹具滑台搭配，模拟实际油箱构成液位传感器高度检测的系统。恒温槽的介质采用专用工业硅油，具有较宽的液态温度范围，良好的温度均一性，极佳的绝缘性能和无污染的特点，保证了被测传感器在油体介质中正常的信号输出。气压增压系统为气压传感器和液压传感器提供0至3Mpa的可变气压输入。工作台对应油量传感器、液位传感器、气压传感器和液压传感器等多种类型传感器。

系统硬件设计

本系统通过通用的信号路由接口，将PCI总线测试板卡和被测传感器经过负载路由电路进行连接和切换，实现多通道数据采集和同步数采。系统使用万用表卡完成电平信号采集，电流信号采集，和四线法电阻测量。示波器卡完成方波信号和脉冲信号采集分析。多功能数采卡完成运动控制、位置读取以及气压信号读取等多种功能。数字IO卡完成负载切换及气路控制等功能。温度控制和气压控制使用RS485串行总线控制工作台上的控制模块完成。控制机柜到两个工作台的连接示意图如图2所示。

图2 系统测试电路示意图

系统软件设计

 
系统软件基本的测试功能可分为性能测试和耐久测试。性能测试对被测传感器的测试参数进行单次测量，而耐久测试则是在长时间下，根据不同的可变温度、压力或者液体高度等条件，对被测件的主要测试参数进行记录，描绘出曲线并进行记录。
软件开发采用了灵活的图形化编程语言LabVIEW作为软件平台。LabVIEW的虚拟仪器技术使得测试软件和硬件仪器在不同传感器的测试条件下物尽其用。软件结构针对不同对象的传感器开发出不同的软件进程模块，针对不同的控制方式和运用条件开发出不同的线程模块。如压力传感器进程模块和液位传感器进程模块，温度控制线程模块和高度控制线程模块。如图3所示，不同的线程模块可以在不同的进程中复用，在多传感器测试运用中提高了软件开发效率，并在扩展其它传感器测试的时候，方便软件扩展。

图3 软件模块关系

软件数据采集和分析

系统软件针对不同型号的传感器开发了不同的测试功能模块，丰富了传感器的测试手段。测试对象和功能见下表2。

表2 测试对象和软件功能

整个软件由启动界面、传感器测试主界面以及参数配置界面三大部分组成，整个软件系统体现了软件设计高内聚、低耦合的设计思想。图4为气压传感器测试主界面，用于显示气压传感器在连续压力变化下输出的电压数据以及最终结果，同时将数据描绘出曲线。曲线中的绿色曲线代表了输出信号的上下误差带，白色曲线代表了输出信号。

图4 气压传感器测试系统

结语

系统采用了主流的模块化仪器平台，以及图形化编程语言LabVIEW作为开发环境，大大提升了系统的可扩展性以及灵活性，可以方便地在系统中增加新的传统仪器与模块化仪器。
系统通过对汽车各类传感器测试信号和运用环境的多样整合，实现了汽车轮速、油量、液位、温度、气压和油压传感器在高低环境下的汽车多传感器性能测试，同时兼顾部分类型传感器在高低温度下的耐久性试验。方便定制和扩展不同类别的测试工作台，降低了实验室下的汽车传感器测试成本，可用于研发设计开发测试及型式试验。