一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，屬于傳感器性能測試技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人們對氣象信息的依賴滲透到日常生活、生產(chǎn)的各個角落，在戶外運(yùn)動、野外探險(xiǎn)、井下工作、高速公路路況信息監(jiān)測等領(lǐng)域均需要及時、準(zhǔn)確，并且便捷的對小范圍內(nèi)的氣象信息進(jìn)行獲取。在影響人類生活的諸多氣象信息中，風(fēng)無疑是非常重要的一個。由于風(fēng)速的不均勻性十分常見，同一地區(qū)兩地相隔數(shù)百米就可能出現(xiàn)較大風(fēng)速差異。為了更準(zhǔn)確地檢測風(fēng)速，傳統(tǒng)的價(jià)格昂貴、體積較大的傳統(tǒng)風(fēng)速計(jì)已無法滿足這樣的需求，而基于MEMS工藝的熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器具有體積小、靈敏度高、價(jià)格低等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤為適合于大規(guī)模傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)以及便攜式、低成本的自動氣象檢測微系統(tǒng)的開發(fā)，但是目前的情況下，MEMS熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器的性能檢測和標(biāo)定需要測試傳感器在不同風(fēng)速風(fēng)向下的輸出，以及傳感器在不同工作環(huán)境下的性能(如不同溫度濕度情況下)。傳統(tǒng)的測試方式是在環(huán)境可控風(fēng)洞中進(jìn)行的，整個過程持續(xù)時間長，能耗非常高，而且需要設(shè)定傳感器所處的環(huán)境溫度，并且每隔一段時間需要記錄傳感器當(dāng)前的參數(shù)值。在傳統(tǒng)的傳感器檢測系統(tǒng)中，這些操作都是人工完成的，效率比較低，隨著被測試的傳感器數(shù)量增加，人工的風(fēng)洞測試系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足日益增長的工作量需求和低能耗環(huán)保要求。
[0003]虛擬儀器是通過軟件程序?qū)⒂?jì)算機(jī)硬件資源與用戶自己定義的儀器硬件有機(jī)的結(jié)合起來，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量及控制能力結(jié)合起來成為一個測試系統(tǒng)，可以有效縮小儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲及分析處理?；谔摂M儀器技術(shù)的測試系統(tǒng)具有低成本、功能靈活，構(gòu)建容易等優(yōu)點(diǎn)，因此將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于熱風(fēng)速傳感器的測試系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)對熱風(fēng)速傳感器的無風(fēng)洞大批量低能耗測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，提高M(jìn)EMS風(fēng)速傳感器的測試效率，實(shí)現(xiàn)對大批量傳感器的性能自動測試和標(biāo)定。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，包括測控中心、精密控溫機(jī)構(gòu)、成對的熱探針、對準(zhǔn)平臺、直流探針、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡，對準(zhǔn)平臺上設(shè)置有承片機(jī)構(gòu)，承片機(jī)構(gòu)用于放置熱風(fēng)傳感器/晶元，通過對準(zhǔn)平臺調(diào)節(jié)熱風(fēng)傳感器/晶元左右移動或轉(zhuǎn)動；在測控中心內(nèi)部設(shè)置有環(huán)境模型，環(huán)境模型為實(shí)際環(huán)境中熱風(fēng)速傳感器表面的熱溫差與風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度之間的關(guān)系；根據(jù)環(huán)境模型，輸出待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號給精密控溫機(jī)構(gòu)，精密控溫機(jī)構(gòu)控制成對的熱探針在熱風(fēng)速傳感器表面建立待測風(fēng)速產(chǎn)生的熱溫差，熱風(fēng)速傳感器的輸出信號通過直流探針、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡反饋給測控中心，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)速傳感器的測試、標(biāo)定和校準(zhǔn)。
[0007]可以在對準(zhǔn)平臺同時放置一個以上同型號的熱風(fēng)速傳感器，測控中心同時向所有熱風(fēng)速傳感器提供相同的待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號，實(shí)現(xiàn)多個熱風(fēng)傳感器的同時測試。
[0008]測控中心的軟件系統(tǒng)可以采用圖形化的編程語言LabVIEW編寫，它提供了測試裝置的自動控制、數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、顯示及輸出等功能。在測試過程中，首先由測控中心上的軟件系統(tǒng)將風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度等物理環(huán)境參數(shù)經(jīng)環(huán)境模型轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的熱溫差信號；該熱溫差信號傳送給精密控溫機(jī)構(gòu)后，通過成對的熱探針加載到熱風(fēng)速傳感器上，以模擬風(fēng)洞對熱風(fēng)速傳感器的作用環(huán)境。熱風(fēng)速傳感器在不同熱溫差信號的作用下輸出大小不同的電信號，該電信號通過直流探針傳輸給信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路對輸入信號進(jìn)行預(yù)濾波、隔離/放大、再濾波等處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集卡能夠接受的電壓或電流值，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號反饋給測控中心。測控中心對反饋信號進(jìn)行分析和處理，最終由測得的電壓/電流信號求出與被測對象相關(guān)信息的量值或給出其相應(yīng)的狀
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[0009]有益效果:本發(fā)明提供的無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢:1、硬件設(shè)備與軟件測試編程相結(jié)合，硬件裝置安裝簡單，能夠通過軟件程序進(jìn)行參數(shù)的配置，從而省去了手動配置帶來的繁瑣；2、使用基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的環(huán)境數(shù)值模型實(shí)現(xiàn)對傳感器的大批量無風(fēng)洞測試，降低了測試能耗和測試成本，提高了測試效率；3、利用計(jì)算機(jī)高速的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，可以大大的提高測試系統(tǒng)的運(yùn)行速度和可靠性；4、整個系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)已經(jīng)封裝的傳感器的單獨(dú)標(biāo)定，也可實(shí)現(xiàn)晶圓級大批量傳感器的片上校準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明硬件部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明軟件部分的實(shí)施流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0013]如圖1所示為一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，包括測控中心1、精密控溫機(jī)構(gòu)2、成對的熱探針3、對準(zhǔn)平臺4、直流探針5、信號調(diào)理電路6和數(shù)據(jù)采集卡7，對準(zhǔn)平臺4上設(shè)置有承片機(jī)構(gòu)，承片機(jī)構(gòu)用于放置熱風(fēng)傳感器8，通過對準(zhǔn)平臺4調(diào)節(jié)熱風(fēng)傳感器8左右移動或轉(zhuǎn)動；在測控中心I內(nèi)部設(shè)置有環(huán)境模型，環(huán)境模型為實(shí)際環(huán)境中熱風(fēng)速傳感器8表面的熱溫差與風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度之間的關(guān)系；根據(jù)環(huán)境模型，輸出待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號給精密控溫機(jī)構(gòu)2，精密控溫機(jī)構(gòu)2控制成對的熱探針3在熱風(fēng)速傳感器8表面建立待測風(fēng)速產(chǎn)生的熱溫差，熱風(fēng)速傳感器8的輸出信號通過直流探針5、信號調(diào)理電路6和數(shù)據(jù)采集卡7反饋給測控中心1，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)速傳感器8的測試、標(biāo)定和校準(zhǔn)。
[0014]在對準(zhǔn)平臺4同時放置一個以上同型號的熱風(fēng)速傳感器8，測控中心I同時向所有熱風(fēng)速傳感器8提供相同的待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號，實(shí)現(xiàn)多個熱風(fēng)傳感器8的同時測試。
[0015]本案的無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置搭建過程如下:
[0016]首先采用標(biāo)準(zhǔn)的微動臺在對準(zhǔn)平臺4上搭建承片機(jī)構(gòu)，該承片機(jī)構(gòu)固定在一個底座上，通過承片機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)熱風(fēng)速傳感器8左右移動或轉(zhuǎn)動；然后在熱風(fēng)傳感器8的上方通過垂直絲桿固定精密控溫機(jī)構(gòu)2，精密控溫機(jī)構(gòu)2的底部安裝有與熱風(fēng)速傳感器8上測溫元件對應(yīng)的熱探針3和直流探針5，精密控溫機(jī)構(gòu)2通過調(diào)節(jié)旋鈕可以在垂直絲桿上垂直小幅移動，便于熱探針3和直流探針5的下壓或提升。
[0017]測控中心I利用PC機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境建立圖形化的虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示；信號調(diào)理電路6和數(shù)據(jù)采集卡7可以設(shè)置在一個模塊中，就近PC機(jī)放置。
[0018]測控中心的測試軟件采用采用LabVIEW(圖形化的編程環(huán)境)軟件開發(fā)，測試軟件的主要工作內(nèi)容包括與精密控溫機(jī)構(gòu)2和數(shù)據(jù)采集卡7的通訊、測試數(shù)據(jù)的分析和顯示。測試軟件的運(yùn)行流程如圖2所示:測試軟件首先完成整個測試裝置的初始化，初始化過程分為兩部分:第一部分是讀取熱溫差信號和風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度等環(huán)境參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，即建立環(huán)境模型；第二部分是設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡7的采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣通道等參數(shù)。初始化完成后，用戶可以通過可視化界面輸入所需測試的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度等環(huán)境參數(shù)。測試軟件將根據(jù)用戶輸入的參數(shù)控制多通道精密電流/電壓源輸出不同大小的加熱電壓或電流信號。與此同時，測試軟件控制數(shù)據(jù)采集卡7采集經(jīng)過信號調(diào)理電路6放大、濾波后的傳感器輸出信號。測試軟件可以根據(jù)用戶需要選擇將所接收的信號以直觀的示波窗口、表盤指示等形式輸出，或者將重要的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)庫存儲；存儲下來的測試數(shù)據(jù)可以用來對分析傳感器的性能和用于傳感器的校準(zhǔn)或標(biāo)定。
[0019]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，其特征在于:包括測控中心(I)、精密控溫機(jī)構(gòu)(2)、成對的熱探針(3)、對準(zhǔn)平臺(4)、直流探針(5)、信號調(diào)理電路(6)和數(shù)據(jù)采集卡(7)，對準(zhǔn)平臺(4)上設(shè)置有承片機(jī)構(gòu)，承片機(jī)構(gòu)用于放置熱風(fēng)傳感器(8)，通過對準(zhǔn)平臺(4)調(diào)節(jié)熱風(fēng)傳感器(8)左右移動或轉(zhuǎn)動；在測控中心(I)內(nèi)部設(shè)置有環(huán)境模型，環(huán)境模型為實(shí)際環(huán)境中熱風(fēng)速傳感器(8)表面的熱溫差與風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度之間的關(guān)系；根據(jù)環(huán)境模型，輸出待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號給精密控溫機(jī)構(gòu)(2)，精密控溫機(jī)構(gòu)(2)控制成對的熱探針(3)在熱風(fēng)速傳感器(8)表面建立待測風(fēng)速產(chǎn)生的熱溫差，熱風(fēng)速傳感器(8)的輸出信號通過直流探針(5)、信號調(diào)理電路(6)和數(shù)據(jù)采集卡(7)反饋給測控中心(I)，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)速傳感器(8)的測試、標(biāo)定和校準(zhǔn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，其特征在于:在對準(zhǔn)平臺(4)同時放置一個以上同型號的熱風(fēng)速傳感器(8)，測控中心(I)同時向所有熱風(fēng)速傳感器(8)提供相同的待測風(fēng)速對應(yīng)的熱溫差信號，實(shí)現(xiàn)多個熱風(fēng)傳感器(8)的同時測試。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無風(fēng)洞虛擬熱風(fēng)速傳感器測試裝置，采用精密溫度控制的熱探針給傳感器表面直接加載溫差信號以模擬實(shí)際風(fēng)速的影響。本發(fā)明可方便地進(jìn)行大批量熱風(fēng)速傳感器測試數(shù)據(jù)的采集、分析與處理，顯示與存儲，從而為熱風(fēng)速傳感器的自動測試和標(biāo)定提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于：它通將計(jì)算機(jī)軟硬件資源與儀器硬件融為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量及控制能力結(jié)合成為一個系統(tǒng)，測試軟件的參數(shù)配制和數(shù)據(jù)采集簡單易行，分析和處理功能靈活，大大提高了熱風(fēng)速傳感器測試的效率，降低了測試成本。
【IPC分類】G01P21/02
【公開號】CN104977430
【申請?zhí)枴緾N201510346482
【發(fā)明人】秦明, 朱雁青, 葉一舟, 黃慶安
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月19日