基于虛擬儀器的傳感器靜態(tài)特性分析

引 言

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(cè)輸入量的各個(gè)值處于穩(wěn)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(xiàng)指標(biāo)，傳感器靜態(tài)特性主要指線性度、遲后性、重復(fù)性和靜態(tài)誤差。以往對(duì)傳感器靜態(tài)特性的測(cè)試、分析需要多種儀器來(lái)共同完成，且輸入、輸出信號(hào)的測(cè)量、記錄、特性指標(biāo)的計(jì)算都需人工完成，工作量大、效率低、可靠性差�；�于虛擬儀器的傳感器特性分析數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，效率高，靈活性及一致性好，顯示內(nèi)容豐富，打印輸出方便，具有極高性價(jià)比，已被廣泛地應(yīng)用。

傳感器靜態(tài)特性的測(cè)量及計(jì)算

由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成虛擬測(cè)試儀器，完成對(duì)傳感器靜態(tài)特性的分析，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、靈活、可靠的目的

對(duì)于一個(gè)傳感器特性循環(huán)試驗(yàn)，在取5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，測(cè)量點(diǎn)的分布見(jiàn)表1。

在實(shí)際測(cè)試中為保證測(cè)量可靠性，至少應(yīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)3個(gè)循環(huán)，取5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，共25個(gè)測(cè)量值。一般采用重復(fù)實(shí)驗(yàn)5個(gè)循環(huán)，取7個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，則共有61個(gè)測(cè)量值。由這些測(cè)量值來(lái)計(jì)算傳感器線性度、遲滯性、重復(fù)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(cè)量點(diǎn)分布表

由分析可知，若想測(cè)量傳感器的特性指標(biāo)，則必需在各校準(zhǔn)點(diǎn)給傳感器輸入校準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)測(cè)量傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)值，傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)一般為4～20mA 或1～5V，而電流信號(hào)經(jīng)采樣電阻可轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是用萬(wàn)用表測(cè)量并記錄每次傳感器的輸出信號(hào)值，如今采用PC機(jī)加A/D擴(kuò)展板卡來(lái)測(cè)量和記錄傳感器的輸出信號(hào)，則可大大提高測(cè)量精度和測(cè)量速度，而且PC機(jī)具有極強(qiáng)的運(yùn)算能力，可方便、靈活地計(jì)算和分析傳感器的各項(xiàng)特性指標(biāo)，具有極高的性價(jià)比。

目前，PC機(jī)都具有3個(gè)以上PCI擴(kuò)展插槽，而且基于PCI總線的工業(yè)級(jí)模擬信號(hào)采集板卡種類繁多，大多可采集-10～+10V 范圍內(nèi)信號(hào)，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(wěn)定性和可靠性已得到共識(shí)，現(xiàn)已在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

針對(duì)傳感器測(cè)試精度高的特點(diǎn)，一般要求測(cè)試儀器精度應(yīng)達(dá)到5×10-4。虛擬儀器采用普通PC計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展了臺(tái)灣研華基于PCI總線的PCI-816模擬量采集板卡，板卡主要功能有：16路模擬信號(hào)差分輸入、分辨率為16位、最大采樣速度為100kHz/s、信號(hào)采樣范圍寬且可軟件編程設(shè)定、支持軟硬件觸發(fā)、可編程選擇中斷等級(jí)和DMA 傳送通道，另外，還具有16路數(shù)字量輸入、輸出。

虛擬儀器的軟件

虛擬儀器的硬件相對(duì)軟件較簡(jiǎn)單，而儀器的操作方便與否、功能是否齊全、顯示畫面是否豐富、是否可打印輸出各種分析報(bào)表等，則完全由軟件設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可在WindowsNT/98/2000/XP 操作系統(tǒng)下運(yùn)行，具有畫面顯示直觀，操作方便、靈活等特點(diǎn)。