一种智能传感器管理测试校准装置和管理测试校准方法与流程

1.本发明属于测试控制技术领域，具体涉及一种智能传感器管理测试校准装置和管理测试校准方法。


背景技术：

2.近年来，随着大型测试项目测点需求量不断扩大，测量系统较之以往有着许多特殊之处：
①
整个项目测点数量多、分布广且分散，对于现场检测、传感器等仪器设备管理、维护极为不利；
②
测试现场环境日趋复杂，传感器的损耗、信号失真的情况越来越多，单靠每年的计量检定很可能不能满足现场测试的要求，很可能出现布置了不能正常使用的传感器的情况，加重额外调试的工作量；
③
有一些特殊的测试需求，需要进行标准信号的输出，一般需要额外增加配备一套输出设备。
3.现有的传感器使用、管理方法采用的是传统的肉眼看传感器的编号进行出入库登记，时效性非常差；且不能提前确定传感器现场使用时的状态，必须布置上后进行测试系统整体调试时才能判断，增加了对不正常传感器进行更换的时间；而且对于测试中需要进行标准信号输出的情况，还需要额外携带一套对应的设备。现有的使用、管理方法无法满足大型测试项目测点需求量不断扩大、极短时间准备布置、快速分析处理的试验要求，不满足日益增长的舰船自动化测试的需求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种智能传感器管理测试校准装置和管理测试校准方法，用于实现对智能传感器的快速识别、物理存放、电子信息出入库管理和现场校准测试功能。
5.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种智能传感器管理测试校准装置，包括控制器、显示器、振动台和机箱，控制器、显示器、振动台分别固定在机箱内部；控制器连接上位机，用于按照teds传感器协议解析传感器的信息并上传；显示器连接控制器用于根据控制器发送的数据进行时域波形和频域频率显示；振动台用于检测传感器的功能完好性并校准传感器的精度；还包括分别连接控制器的多传感器接口阵列、采集模块、信号输出模块和振动检测模块；多传感器接口阵列用于将多个传感器连接固定在箱体内，并批量读取传感器数据；采集模块连接振动台用于接收采集数据；信号输出模块用于输出包括正弦电压、方波电压、三角波、白噪声和直流电压的标准源信号；振动台通过振动检测模块连接控制器，振动检测模块用于检测振动传感器的振幅精度和振动频率精度。
6.按上述方案，控制器的功能参数包括：
7.cpu采用双核a72、四核a53的大小核cpu结构，主频为2.0ghz*2和1.5ghz*4；
8.内存采用6gb的双通道lpddr4；flash为标准16gb；
9.系统采用android6.0或android67.1或linux qt/bebian9；
10.总线及接口包括rs-485、can2.0b、usb2.0和至少32路数字i/o口，i/o接口用于连
接多传感器接口阵列读取传感器的信息，usb口或串口用于连接上位机上传传感器数据；还包括显示接口用于连接显示器；
11.工作电压为24vdc，功耗为5w；工作温度在-20℃～60℃范围内。
12.按上述方案，采集模块包括至少两个通道，用于连接icp传感器、电荷型传感器或电压输出型传感器分别实现icp、电荷调理功能或ac/dc耦合功能；
13.采集模块的功能参数包括：
14.每通道为同步采样，采样率包括140ksps、100ksps、50ksps、40ksps和20ksps；电压输入量程包括
±
10v、
±
5v、
±
1v和
±
100mv；耦合方式包括dc、ac、icp和电荷程控切换；
15.采集模块还包括24vdc、4ma的恒流源，用于为icp、iepe传感器供电；直流电压的示值误差为0.05％fs；dc耦合的采集带宽为dc～50khz；
16.采集模块还包括低通滤波器，1khz正弦信号的动态范围≥120db；
17.输入短接，采样率为1ksps时，本底噪声≤3μv；
18.采样率为10ksps时，本底噪声≤3μv；
19.采样率为20ksps时，本底噪声≤3μv；
20.采样率为40ksps时，本底噪声≤4μv；
21.采样率为50ksps时，本底噪声≤5μv；
22.采样率为100ksps时，本底噪声≤7μv；
23.采样率为140ksps时，本底噪声≤10μv；
24.最大不失真电压rms≥8.5v；通道串扰≥110db；输入阻抗为1mω。
25.按上述方案，信号输出模块的功能参数包括：dac为20位分辨率；信号输出范围为
±
10v；输出信号频率范围为0～50khz；设置功能包括可调的频率和幅值。
26.按上述方案，振动检测模块的功能参数包括：振动加速度范围为1g
±
5％(160hz
±
1％)；正弦时的振动波形及失真≤3％。
27.按上述方案，传感器为具有teds自带数字存储器功能的智能传感器；多传感器接口阵列包括至少32通道的icp传感器接口，用于直接连接icp传感器，实现传感器与测试端口的快速对接和稳定连接；icp传感器接口为直接插针式和弹片式端子，便于传感器快速插入、快速拔出，同时使测试正极、负极分别与传感器接触导通良好；传感器数据包括传感器的生产厂家、传感器编号和传感器参数。
28.按上述方案，显示器为8寸触摸显示屏；采集模块的通道数量不少于两个；信号输出模块的输出通道为模拟信号输出通道。
29.按上述方案，机箱为一体化的箱体，机箱的外壳采用ps材料；机箱的上表面设有与传感器外型一致的凹槽，用于快速连接传感器，实现正极、负极的准确对接；正极采用与传感器同规格的10-32公头的插针，确保接插紧固性及深度；负极采用弹片，用于与传感器负极端面接触，确保负极接触良好。
30.按上述方案，还包括固定在机箱内的充电电池，用于为控制器、显示器和振动台提供电源。
31.一种基于智能传感器管理测试校准装置的管理测试校准方法，包括以下步骤：
32.s1：智能传感器管理测试校准装置上电，并进行功能性检查；
33.s2：智能传感器管理测试校准装置通过usb或串口连接库房设备管理系统，进行数
据通讯；
34.s3：将待校准的智能传感器装入智能传感器管理测试校准装置的机箱内进行装箱管理；智能传感器管理测试校准装置通过读取传感器的芯片信息识别智能传感器，根据市场主流teds传感器的内置eeprom芯片型号和ieee 1451.4协议规范获取寄存信息的地址并读取信息，通过ieee 1451.4协议解析信息，读取不同厂家的teds传感器的信息；
35.s4：对智能传感器进行出入库管理一键式登记；在传感器出入库时，库房电脑管理系统读取机内传感器的编号、型号和数量进行出入库登记；
36.s5：对智能传感器进行入库检测和校准；对icp传感器、电荷型传感器或电压输出型传感器进行校准，通过调理功能采集包括电荷、icp、电压的信号；模拟输出通道输出标准正弦、方波及直流电压，用于检测现场第三方采集设备的精度和带宽；
37.s6：智能传感器管理测试校准装置与库房管理系统进行数据传输，将装置读取的数据传输至管理系统，实现数据对接。
38.本发明的有益效果为：
39.1.本发明的一种智能传感器管理测试校准装置和管理测试校准方法，通过内置高精度数据采集电路、数据分析电路和数据显示电路，实现了对智能传感器的快速识别、物理存放、电子信息出入库管理、现场校准测试和提供标准信号输出功能，使大型测试项目完成地更加高效、安全、有序。
40.2.本发明在智能传感器出、入库时无须一一清点，只需将本装置通过usb口接入入库管理系统，上电读取全部传感器数量和每个传感器的编号，达到快捷出入库的目的，减少清点所用人力，提高工作效率。
41.3.本发明在出、入库时通过快速读取每个传感器的信号检测传感器功能是否正常，以便及时发现、送修或更换不正常的传感器便于下次试验，实现出入库快速检测传感器的功能。
42.4.本发明通过内置的振动台对传感器进行振动校准检测，通过采集电路采集、显示振动信号，并对比振动台的标准输出，来确定传感器的功能和指标是否合格，实现现场快速检测传感器的功能。
附图说明
43.图1是本发明实施例的原理图。
44.图2是本发明实施例的外形图。
45.图3是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
47.参见图1，本发明的实施例针对具有teds(transducerelectronicdatasheets，自带数字存储器)功能的智能传感器，利用其内在的记录芯片，由智能传感器管理仪通过内部电路读取传感器的芯片信息，并通过usb或串口实现与库房设备管理系统的数据通讯，实现传感器入库管理及出库管理一键式登记功能，从而方便传感器的管理，减少清点工作。同时也可及时发现传感器的功能是否正常，在出入库时可以对不良传感器进行更换。具有：
48.a)智能传感器识别技术
49.通过本发明装置，识别智能传感器，读取其内置信息，如：生产厂家、传感器编号、传感器技术参数等。
50.b)智能传感器管理技术
51.通过本发明装置，将多个传感器(40支)集中在一个手提箱内实现物理化的装箱管理；运用本发明装置内的硬件电路以及智能管理软件系统，在传感器出入库时，通过内置usb接口，接入库房电脑管理系统，直接读取手提箱内的传感器的编号，型号，数量进行出入库登记。
52.c)智能传感器检测校准技术
53.通过本发明装置内的振动校准台，在测试现场对传感器的功能完好性进行检测，同时校准精度，为后续正式测试提供保障。此外，还对测试现场的线缆及采集设备进行通道功能的检测。
54.d)标准信号输出技术
55.通过本发明装置在输出通道输出标准正弦、方波及直流电压，用作标准原信号的输出。
56.本发明的实施例采用机箱式设计，方便传感器携带，便于传感器整体入库及出库。设计上，增加8寸显示屏，及2通道采集，1通道模拟信号输出，以及微型振动校准仪，可以用于测试现场，对传感器进行初步精度，及好坏的检查。
57.采集通过具有电荷、icp、电压等信号调理功能，可对icp，电荷等振动传感器进行校准。
58.模拟输出通道，可输出标准正弦，方波，及直流电压，可以用于现场第三方采集设备的精度，带宽进行初略检测。
59.智能传感器管理系统，主要实现对多路传teds传感器的智能化管理；同时，辅助功能可实现对传感器现场校准及检测。设计功能分为：机箱、2通道采集模块、1通道模拟信号输出模块、控制及处理模块(arm)、lcd显示、振动检测模块等组成。
60.a)机箱
61.机箱采用一体化设计，外壳采用ps材料，将机箱内置可充锂电池。具有32通道icp传感器接口，10-32公头，可直接接插icp传感器。
62.b)控制及处理模块(arm)
63.通过内部数字接口，32路i/o接口与机箱32通道10-32通讯，读取传感器内部信息，通过cpu处理，按照teds传感器协议要求，对各传感器的信息进行解析，并由usb2.0或rs-485接口发送到设备库相关管理系统上，进行入库或出库登记。
64.功能参数：
65.cpu：双核a72 四核a53大小核cpu结构
66.npu：可为较复杂数据实现建模及特别算法提供运算能力
67.主频：2.0ghz*2 1.5ghz*4
68.内存：率先采用双通道lpddr4 6gb
69.flash：标准16gb
70.系统：android6.0/android67.1/linux qt/bebian9
71.总线及接口：rs-485、can2.0b、usb2.0、数字i/o口
72.显示接口：可接lcd显示屏
73.工作电压：24vdc
74.功耗：5w
75.工作温度：-20～60℃
76.c)2通道采集模块
77.2通道采集模块，具有icp、电荷调理功能，及ac/dc耦合功能，可用接icp及电荷型传感器，也可接电压输出型传感器。配置采集模块，是方便在测试现场，与振动校准模块，对振动icp或电荷传感器的好坏进行检测，并可粗略检测振动传感器的振幅精度，及振动频率精度。通过采集模块的采集，将数据发送到arm处理器，进行时域波形显示，及频域频率显示。
78.功能参数：
79.通道数：2通道
80.采样率140ksps、100ksps、50ksps、40ksps、20ksps每通道，同步采样
81.电压输入量程
ꢀ±
10v，
±
5v，
±
1v，
±
100mv
82.耦合方式 dc、ac、icp，电荷程控切换
83.恒流源内置24vdc 4ma恒流源供电，可直接接icp、iepe传感器
84.示值误差 直流电压(dc)：0.05％fs(dc)
85.采集带宽 dc耦合：dc～50khz，
86.低通滤波器 软件可设定滤波条件
87.动态范围 ≥120db(测试条件1khz正弦信号)
88.本底噪声(电压rms)
89.(输入短接)采样率1ksps：本底噪声≤3μv
90.采样率10ksps：本底噪声≤3μv
91.采样率20ksps：本底噪声≤3μv
92.采样率40ksps：本底噪声≤4μv
93.采样率50ksps：本底噪声≤5μv
94.采样率100ksps：本底噪声≤7μv
95.采样率140ksps：本底噪声≤10μv
96.最大不失真电压(rms) ≥8.5v
97.通道串扰 ≥110db
98.输入阻抗 1mω
99.d)1通道模拟输出模块
100.模拟输出功能，采用1通道模拟信号输出，可输出正弦波、方波、三角波，白噪声等任意波形。为测试现场的其它设备提供检测信号源，如数据采集，波形分析仪等，用于检测这些或通道是否存在问题，及精度是否存严重偏差等。
101.功能参数：
102.通道数：1通道
103.dac：20位分辨率
104.输出信号：dc直流、正弦波、方波、三角波，白噪声等任意波形
105.输出范围：
±
10v
106.输出信号频率：0～50khz
107.设置功能：频率、幅值均可调
108.e)lcd显示
109.8寸lcd显示，具有触摸功能。
110.f)振动检测模块
111.振动加速度：1g
±
5％(160hz
±
1％)
112.振动波形及失真：正弦：≤3％
113.本发明的实施例解决了以下三个问题：
114.a)快速对接问题：传感器接口为10-32螺纹安装，如何不拧螺纹，实现传感器与测试端口的快速对接，又能使正负极与端口保持稳定的通路连接状态。
115.本发明通过直接插针式以及弹片式端子，使传感器快速插入、快速拔出，同时测试正负极接触导通良好。
116.参见图2，在结构设计上，对安装传感器的机箱面，设计成与传感器外型一样的凹槽，将传感器快速放入，即可实现正负极一一对接。
117.正极为插针，与传感器正极孔相适配，设计时，采用同规格的10-32公头的插针，确保紧固性及深度；
118.负极设计，采用弹片式与传感器负极端面接触，按压后，可弹起。弹片确保负极接触良好。
119.b)智能传感器信息读取问题：teds传感器，以标准协议ieee 1451.4，对传感器信息进行编辑写入传感器芯片，如何通过电路读取相关信号，并解析相关信号，且要根据协议，能读取不同厂家的传感器信息。
120.即使有ieee 1451.4协议对传感器的信息编辑进行了规范，但eeprom的寄存器地址没有明确，及所使用的eeprom存储芯片也有所不同，对应读取的地址也不明。技术要点是如何实现不同厂家的teds传感器的信息读取功能。
121.通过了解市场主流teds传感器所采用的内置eeprom芯片型号，以及ieee 1451.4协议规范要求，通过底层软件代码编写，确定信息所寄存的地址，读取信息，并通过ieee 1451.4协议解析。
122.c)如何快速将读取的传感器信息与管理系统的数据对接：通过本发明装置，将相关传感器信息，如何传输并写入到管理系统的数据库中。
123.通过编写上位机软件，与库房管理系统进行数据传输，将本发明装置内读取的数据传输至管理系统。
124.参见图3，本发明实施例的一种智能传感器管理测试校准方法，具体步骤为：
125.s1：打开智能传感器管理及测试校准装置电源并对设备进行功能性检查；
126.s2：连接好待校准的智能传感器；
127.s3：对智能传感器进行校准。
128.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依
据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。