一、方案概述

本方案旨在為各類傳感器（包括壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、傾角傳感器等）提供一套完整的自動化測試解決方案。方案通過整合測試臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與軟件控制平臺，可對多種傳感器進(jìn)行高效精準(zhǔn)的測試，確保其性能滿足相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)。

對于不同類型的傳感器，測試平臺采用了專業(yè)的硬件激勵設(shè)備進(jìn)行模擬與測試。壓力傳感器測試采用自動壓力源，能夠模擬不同壓力值并進(jìn)行自動化測試；位移傳感器測試使用高精度移動滑臺，確保位移傳感器的精確測量；速度傳感器通過轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)測試，其中角速度傳感器也可通過轉(zhuǎn)換計算得出線速度；傾角傳感器則通過傾角臺進(jìn)行模擬和測試。所有傳感器均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)緊密連接，實時將測量結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并通過數(shù)采系統(tǒng)提供傳感器必要的激勵信號。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為核心模塊，負(fù)責(zé)接收各傳感器的數(shù)據(jù)并提供必要的控制信號，確保傳感器的激勵信號準(zhǔn)確穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)的控制器搭載的測試軟件不僅負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體控制，還能進(jìn)行實時數(shù)據(jù)分析，自動判定傳感器的性能好壞，并生成詳細(xì)的測試報告。這一自動化方案通過集成測試臺與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠大幅提高測試效率、降低人為干預(yù)，并提供可靠的測試結(jié)果，確保傳感器的質(zhì)量和可靠性。

該方案通過高度集成的硬件與軟件控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了全面、精準(zhǔn)的傳感器測試管理，為傳感器的生產(chǎn)、研發(fā)和維護(hù)提供強有力的支持。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實物圖

二、測試系統(tǒng)說明

2.1測試系統(tǒng)原理

通過硬件與軟件的協(xié)同，本平臺可對被測傳感器在標(biāo)定過程中的輸出與基準(zhǔn)量進(jìn)行同步測量與分析。測試時，被測位移傳感器首先固定在專用測試臺上；測試臺的驅(qū)動與位移反饋線纜一并接入PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

ASMC控制與分析軟件安裝于機(jī)框控制器內(nèi)，經(jīng)輸出通道向測試臺下發(fā)位移行程、速度等指令，同時通過采集通道實時獲取傳感器電壓/電流信號及臺體位移基準(zhǔn)量。軟件在線完成閉環(huán)控制、波形顯示與指標(biāo)運算，結(jié)果立即存儲并可導(dǎo)出。更換為壓力、傾角、速度等臺體時，僅需替換機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳感器，信號線路與控制邏輯保持不變；板卡采用模塊化插拔，電氣與軟件通道自動映射，無須重新布線或二次開發(fā)，即可在幾分鐘內(nèi)完成臺體切換，實現(xiàn)從單一物理量驗證到多量標(biāo)定的靈活擴(kuò)展。測試流程圖如下（以位移傳感器傳感器測試臺為例，不同測試臺間只有臺體結(jié)構(gòu)和被測傳感器不同，線路連接和具體控制方式均相同）：

圖2位移傳感器測試流程圖

2.2 ASMC測試軟件介紹

ASMC控制與分析軟件安裝于PXIe控制器，集設(shè)備管理、流程控制與數(shù)據(jù)分析于一體。軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動板卡、配置通道并管理數(shù)據(jù)流，用戶可在同一界面設(shè)定激勵信號、電壓/電流采樣頻率及環(huán)境參數(shù)；采集過程實時監(jiān)控傳感器輸出，所有原始數(shù)據(jù)同步寫入存儲并動態(tài)可視化，便于即時調(diào)整。系統(tǒng)支持一鍵切換測試模式、自動執(zhí)行流程、記錄每次響應(yīng)并生成標(biāo)準(zhǔn)化檢驗記錄。內(nèi)置分析模塊可評估信號穩(wěn)定性、響應(yīng)時間等指標(biāo)并給出健康結(jié)論。測試結(jié)束后，軟件自動輸出含原始數(shù)據(jù)、分析結(jié)果與評估意見的報告，并支持Excel、PDF等格式導(dǎo)出。

軟件并可針對壓力傳感器執(zhí)行零點漂移與靈敏度分析，針對位移傳感器實時繪制位移–輸出特性曲線并評估回程誤差與線性度，針對傾角傳感器實現(xiàn)0–360°任意角度設(shè)定與停止并生成線性誤差曲線。該軟件架構(gòu)靈活可配置，既滿足當(dāng)前傳感器自動化測試需求，也可快速拓展至其他新型傳感器與測試場景，為整個平臺提供高效、可靠、可追溯的自動化測試支撐。軟件示意圖如下：

圖3 ASMC通用測試軟件示意圖

三、方案核心優(yōu)勢

1.全面的傳感器測試能力：該方案支持對多種傳感器的測試，包括壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器（角速度與線速度）和傾角傳感器等，確保在一個統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)對不同傳感器的全面測試需求。

2.高度自動化與高效性：通過自動化壓力源、移動滑臺和轉(zhuǎn)臺等硬件設(shè)備，配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動數(shù)據(jù)傳輸和控制，大幅減少了人工干預(yù)，提高了測試效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.靈活的控制與監(jiān)測：測試臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制軟件之間的緊密集成，使得整個系統(tǒng)可以靈活控制。用戶可以根據(jù)實際需求調(diào)整測試參數(shù)，實時監(jiān)測傳感器的表現(xiàn)，確保各項測試條件的穩(wěn)定性。

4.提高傳感器質(zhì)量與可靠性：通過自動化的測試流程，可以精確控制每項測試條件，確保傳感器的每一項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，提升了傳感器的生產(chǎn)質(zhì)量與長期可靠性。

5.精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析與報告生成：配套的軟件系統(tǒng)能夠?qū)崟r進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，自動判定傳感器的好壞，并生成詳細(xì)的測試報告。減少人工錯誤的同時，提供更為可靠的質(zhì)量監(jiān)控手段。

6.智能化軟件賦能：配套ASMC測試軟件實時采集并監(jiān)控傳感器輸出，自動管理測試流程，評估傳感器健康狀態(tài)，并一鍵生成標(biāo)準(zhǔn)化報告，支持Excel/PDF等多種格式導(dǎo)出，顯著提升測試可視化、數(shù)據(jù)可追溯性與決策效率。

7.支持定制擴(kuò)展：測試系統(tǒng)可根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制開發(fā)，靈活擴(kuò)展功能，滿足不同應(yīng)用場景下的多樣化需求。

圖4測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

四、核心硬件產(chǎn)品介紹

4.1數(shù)據(jù)采集模塊

4.1.1數(shù)據(jù)采集模塊概述

控制-存儲與采集-供電模塊均依托PXIe模塊化架構(gòu)集成在同一機(jī)箱內(nèi)，組合使用ASMC PXIe 2252高帶寬混合背板機(jī)箱、PXIe 1216嵌入式控制器及PXIe 8016高速存儲卡，實現(xiàn)設(shè)備調(diào)度、數(shù)據(jù)處理與高速緩存。

機(jī)箱提供穩(wěn)壓供電、強化散熱與智能監(jiān)控，支持多機(jī)箱星形同步，保障長期穩(wěn)定運行；控制器內(nèi)置高性能處理單元及PCIe高速交換通道，并實時監(jiān)測功耗、溫度，確保數(shù)據(jù)處理的精度與可靠性；存儲卡采用大容量 技術(shù)，低延遲寫入，可從容應(yīng)對多通道高負(fù)載采集。

機(jī)箱內(nèi)還插入單槽數(shù)據(jù)采集與傳感器供電板卡，可同時完成傳感器激勵、模擬量（電壓／電流／頻率）高速采集與數(shù)字量總線信號采集：板卡內(nèi)置可編程電源與IEPE恒流源，實時監(jiān)控供電狀態(tài)；模擬量部分采用高速與同步雙架構(gòu)兼顧瞬態(tài)捕獲和高精度測量；數(shù)字量部分支持多協(xié)議擴(kuò)展，簡化布線與同步設(shè)計。

整體方案具備高度模塊化、現(xiàn)場易維護(hù)與后期可擴(kuò)展特點，可滿足復(fù)雜傳感器平臺對性能、可靠性與升級的多元需求?？刂婆c存儲模塊的產(chǎn)品示意圖如下：

圖5數(shù)據(jù)采集模塊產(chǎn)品圖

圖6 PXIe采集卡產(chǎn)品圖

4.1.2數(shù)據(jù)采集模塊關(guān)鍵參數(shù)：

ASMC PXIe 2252機(jī)箱

1系統(tǒng)槽+1定時槽+7混合槽，系統(tǒng)帶寬24GB/s、單槽8GB/s

內(nèi)置600W工業(yè)電源與強化散熱；工作?20℃-+70℃/ 10 %-90 % RH

提供10MHz時鐘I/O，支持多機(jī)箱同步

ASMC PXIe 1216控制器

Intel i7-6820EQ（2.8GHz，睿頻3.5GHz），16 GB RAM（可擴(kuò)32GB）

512 GB SSD，本地總線帶寬最高24GB/s，支持P2P直連與實時功耗/溫度監(jiān)測

雙槽3U結(jié)構(gòu)，工作0 ℃-+50 ℃

ASMC PXIe 8016高速存儲卡

NVMe固態(tài)存儲（最高16 TB），PCIe x8接口

連續(xù)讀寫帶寬> 6 GB/s，板載交換芯片支持?jǐn)?shù)據(jù)直通與能耗監(jiān)測

工作0 ℃-+50 ℃

傳感器供電板卡

程控直流5-24 V，每通道≤ 300 mA；24 V/4 mA IEPE恒流源

實時上電與欠壓監(jiān)測，統(tǒng)一穩(wěn)壓供電

模擬量采集板卡

通用高速：≤ 32單端或16差分，16 bit，500 kS/s，±10 V可編程量程

同步動態(tài)：8路24 bit，8 S/s-102.4 kS/s，內(nèi)置抗混疊濾波與AC/DC耦合

數(shù)據(jù)直寫至存儲層，單槽持續(xù)帶寬8 GB/s

數(shù)字量/總線采集板卡

16路隔離RS-485 DI，+6-+30 V高電平；1200-115 200 bps可設(shè)

即插即用支持MT/T 899-2000 NRZ與Modbus RTU，可擴(kuò)展CAN、UART、以太網(wǎng)

共享PXIe 10/10MHz時基，實現(xiàn)模數(shù)采集納秒級同步，現(xiàn)場可換BNC/Lemo/ M12接頭

4.2傳感器測試平臺

為確保各類傳感器（如壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器及傾角傳感器）在自動化測試中的高效、精準(zhǔn)性，系統(tǒng)整合了專業(yè)的測試臺。每個測試臺都針對特定的物理量進(jìn)行精確測量與控制，配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供實時的數(shù)據(jù)傳輸與分析功能。

位移測試臺：該測試臺具有0至1200 mm的測試范圍，定位分辨率≤0.1 mm，測試精度為±0.5 mm，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的位移測量，并支持在量程內(nèi)進(jìn)行5個測點的等間距位移測試，確保位移傳感器在不同位置的表現(xiàn)得到均勻驗證。

壓力測試臺：壓力測試臺的測試范圍為0至100 MPa，讀數(shù)分辨率為0.01 MPa，測試精度為±0.1 MPa。該臺支持多點壓力校準(zhǔn)功能（包括0%、25%、50%、75%、100%滿量程）以及壓力穩(wěn)定性測試，可以通過保壓檢測觀察傳感器在保壓狀態(tài)下的輸出漂移，確保壓力傳感器的可靠性與精度。

傾角測試臺：該測試臺提供0至360°的旋轉(zhuǎn)范圍，最小步進(jìn)為0.01°，綜合不確定度為±0.1°，支持0至360°任意角度設(shè)定與停止，且可進(jìn)行逐角度掃描（量程內(nèi)5個測點）。這一設(shè)計使得傾角傳感器在不同角度下的精度得到充分驗證，確保其在實際應(yīng)用中的精確性。

速度測試臺：速度測試臺的測試范圍為0至10,000 r/min（約0至15 m/s），分辨率為1 r/min或0.01 m/s，綜合誤差為±1%FS。該測試臺適用于高速旋轉(zhuǎn)傳感器的測試，能夠精確評估其響應(yīng)特性和精度。

這些高度集成的測試臺在傳感器測試過程中發(fā)揮重要作用，配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和ASMC測試軟件，實現(xiàn)了從傳感器性能驗證到自動化數(shù)據(jù)處理的全過程，確保測試結(jié)果的高效性與準(zhǔn)確性。測試臺示意圖如下：