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傳感器的工作特性通過(guò)其靜、動(dòng)態(tài)特性直接反映出來(lái)，靜態(tài)特性是表示傳感器在被測輸入量的各個(gè)值處于穩定狀態(tài)時(shí)的輸入—輸出關(guān)系，更能突出反映傳感器的各項指標，傳感器靜態(tài)特性主要指線(xiàn)性度、遲后性、重復性和靜態(tài)誤差。以往對傳感器靜態(tài)特性的測試、分析需要多種儀器來(lái)共同完成，且輸入、輸出信號的測量、記錄、特性指標的計算都需人工完成，工作量大、效率低、可靠性差�；�虛擬儀器的傳感器特性分析數據處理能力強，效率高，靈活性及一致性好，顯示內容豐富，打印輸出方便，具有極高性?xún)r(jià)比，已被廣泛地應用。 傳感器靜態(tài)特性的測量及計算 由計算機系統構成虛擬測試儀器，完成對傳感器靜態(tài)特性的分析，實(shí)現了快速、準確、靈活、可靠的目的。 對于一個(gè)傳感器特性循環(huán)試驗，在取5個(gè)校準點(diǎn)時(shí)，測量點(diǎn)的分布見(jiàn)表1。 在實(shí)際測試中為保證測量可靠性，至少應重復實(shí)驗3個(gè)循環(huán)，取5個(gè)校準點(diǎn)，共25個(gè)測量值。一般采用重復實(shí)驗5個(gè)循環(huán)，取7個(gè)校準點(diǎn)，則共有61個(gè)測量值。由這些測量值來(lái)計算傳感器線(xiàn)性度、遲滯性、重復性和靜態(tài)誤差。 基于PC的虛擬儀器 虛擬儀器的硬件 表1 測量點(diǎn)分布表 由分析可知，若想測量傳感器的特性指標，則必需在各校準點(diǎn)給傳感器輸入校準信號，同時(shí)測量傳感器的標準輸出信號值，傳感器的標準輸出信號一般為4～20mA 或1～5V，而電流信號經(jīng)采樣電阻可轉變?yōu)?a href="http://selenalain.com/keyword/電壓" target="_blank" class="relatedlink">電壓信號。傳統的測量方法是用萬(wàn)用表測量并記錄每次傳感器的輸出信號值，如今采用PC機加A/D擴展板卡來(lái)測量和記錄傳感器的輸出信號，則可大大提高測量精度和測量速度，而且PC機具有極強的運算能力，可方便、靈活地計算和分析傳感器的各項特性指標，具有極高的性?xún)r(jià)比。 目前，PC機都具有3個(gè)以上PCI擴展插槽，而且基于PCI總線(xiàn)的工業(yè)級模擬信號采集板卡種類(lèi)繁多，大多可采集-10～+10V 范圍內信號，而且采樣精度從12位到16位、采樣速度從每秒幾萬(wàn)次到上百萬(wàn)次不等，作為工業(yè)產(chǎn)品其工作的穩定性和可靠性已得到共識，現已在工業(yè)監控領(lǐng)域中得到了廣泛應用。 針對傳感器測試精度高的特點(diǎn)，一般要求測試儀器精度應達到5×10-4。虛擬儀器采用普通PC計算機，擴展了臺灣研華基于PCI總線(xiàn)的PCI-816模擬量采集板卡，板卡主要功能有：16路模擬信號差分輸入、分辨率為16位、最大采樣速度為100kHz/s、信號采樣范圍寬且可軟件編程設定、支持軟硬件觸發(fā)、可編程選擇中斷等級和DMA 傳送通道，另外，還具有16路數字量輸入、輸出。 虛擬儀器的軟件 虛擬儀器的硬件相對軟件較簡(jiǎn)單，而儀器的操作方便與否、功能是否齊全、顯示畫(huà)面是否豐富、是否可打印輸出各種分析報表等，則完全由軟件設計水平來(lái)決定。軟件采用VC++6.0在Windows環(huán)境下編制，程序功能結構框圖如圖1所示，可在WindowsNT/98/2000/XP 操作系統下運行，具有畫(huà)面顯示直觀(guān)，操作方便、靈活等特點(diǎn)。 圖1程序功能結構圖 虛擬儀器軟件運行后，可通過(guò)下拉式菜單或工具欄按鈕來(lái)完成數據采集或輸入、修改、計算、顯示畫(huà)面切換和結果打印輸出等操作。為方便輸入、修改各種數據，采用如圖2所示的集成度較高的數據輸入、修改對話(huà)窗口，其中傳感器名稱(chēng)、型號和循環(huán)試驗次數可直接輸入，而傳感器各校準點(diǎn)設定值和試驗中所測量數值則可按設定在新增和修改間變換輸入。例如需連續輸入各校準點(diǎn)的設定值，則可通過(guò)在操作方法組框中選中[校準輸入或測試數據]復選框(對于測量數據的操作則取消選中)，同時(shí)選中[連續操作]復選框，如圖2中所示，即可連續輸入。另外可通過(guò)選中4個(gè)單選銨鈕[設置] 、[插入]、[追加]和[刪除]中的不同銨鈕來(lái)設定對當前下標(行程編號) 數據的不同操作。這樣可在一個(gè)對話(huà)窗口內完成整個(gè)數據的采集、修改，大大提高了對數據的操作效率。每步操作的同時(shí)，在程序窗口可顯示所有參數的當前數據。 圖2 數據輸入、修改對話(huà)窗口 校準點(diǎn)數量和所需測量值數量由程序按輸入校準點(diǎn)數和循環(huán)次數自動(dòng)計算。程序自動(dòng)檢驗輸入校準點(diǎn)數量(M)與測量值數量(N)是否滿(mǎn)足式(1)，如不滿(mǎn)足則計算菜單項和工具欄中計算按鈕無(wú)效，直至兩者滿(mǎn)足式(1)關(guān)系。在檢查確認數據正確性后即可計算傳感器各項靜態(tài)指標。 測試數據的顯示和打印 對于輸入或測量的數據以及計算結果，程序可在不同的彈出窗口內以表格、曲線(xiàn)、直方圖等多種形式顯示出來(lái)，提供了以獨立文件和分類(lèi)數據庫形式存儲，預存了不同打印輸出報表格式�？赏ㄟ^(guò)選取不同的菜單項或按鈕來(lái)選擇不同顯示和打印輸出方式。 打印輸出報表提供了二次設計功能，即可通過(guò)軟件中的繪圖和字符串編輯功能，自行設計打印輸出報表格式。 應用實(shí)例 虛擬儀器已在實(shí)際傳感器測試中應用。表2是對1個(gè)壓力傳感器(量程：1MPa)，采用5個(gè)校準點(diǎn)，重復循環(huán)試驗3次所測量計算的部分數據(置信系數α=3) 。 表2 壓力傳感器測量計算的部分數據 結束語(yǔ) 文中雖然未對用此虛擬儀器來(lái)測量、分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性作介紹，但可參照對靜態(tài)特性的分析方法來(lái)分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性，利用虛擬儀器具有快速A/D轉換的功能，在傳感器輸入量發(fā)生階躍或連續變化的同時(shí)，對輸出量作連續的A/D 采樣，通過(guò)對采樣結果的分析，即可得出傳感器對隨時(shí)間變化的輸入量的響應特性。 |
