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中心議題:

• 探討汽車爆震傳感器測試系統技術

解決方案:

• 線性度檢測主要通過連續改變振臺的振動頻率
• 采用傳感器適配接口設計做爆震傳感器的檢測

壓電式爆震傳感器廣泛應用于發動機機體或氣缸的爆震檢測中。汽車防爆震系統通過檢測出壓電傳感器的電壓值來判斷爆震強度。

因此，功能完善、性能穩定、操作簡單、測試精度高，可滿足大批量生產測試需要的爆震傳感器測試系統成為研發的重點。

汽車爆震傳感器簡介

為防止爆震現象對汽車發動機帶來的損害，可以通過汽車爆震傳感器實現對發動機機體或氣缸的爆震檢測。按原理的不同可將爆震傳感器分為磁致伸縮式與壓電式兩種，其中壓電式爆震傳感器的工作原理為：當發動機缸體出現振動且振動傳遞到傳感器外殼上時，外殼與配重塊之間產生相對運動，夾在這兩者之間的壓電元件所受壓力發生變化，從而產生電壓。汽車防爆震系統檢測出該電壓，并根據數值的大小判斷爆震強度。

測試系統的工作原理

本文所述汽車爆震傳感器測試系統主要用于壓電式爆震傳感器的終檢測試，可對傳感器內電阻、絕緣電阻、電容、靈敏度及線性度等指標進行檢測。其中，電阻、電容等指標可通過相應的測量儀器來測量，而靈敏度和線性度的測試較難實現。壓電式爆震傳感器靈敏度的一種表示方式為某振動頻率下其輸出電壓與振動加速度之比。本系統采用背靠背對比法檢測爆震傳感器的靈敏度，即采用一個標準加速度傳感器作為參考，將爆震傳感器與標準加速度傳感器背靠背安裝，在相同加速度下同步測量二者的輸出電壓，由于標準加速度傳感器的靈敏度已知，因此通過兩種傳感器的輸出電壓之比就可以求出爆震傳感器在該頻率下的靈敏度。

壓電式爆震傳感器的線性度檢測主要通過連續改變振臺的振動頻率，即采用掃頻的方式，將振臺的振動加速度穩定在設定范圍內，對各個頻率下的傳感器靈敏度進行檢測，輸出各個靈敏度與頻率相對應的連續曲線，并檢測該曲線是否符合該傳感器產品的線性度要求，其測試流程如圖1所示。
為滿足靈敏度精確測量的需要，在系統中利用信號鎖相放大器的信號輸出功能，提供一定頻率的正弦激勵信號，經過濾波器電路處理和功率放大器放大后，驅動振臺按設定頻率進行振動，軟件通過閉環方式控制激勵信號電壓幅值，使振臺在該頻率下產生穩定的加速度振動，并利用信號鎖相放大器的鎖相功能實現爆震傳感器與標準加速度傳感器兩路信號的同步測量，保證系統線性度測試過程的精確和高效。
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測試系統的組成

1．硬件組成

為保證汽車爆震傳感器測試系統的可靠性、高效性和可擴展性，在硬件組成上采用PXI系統實現對整個系統的控制，硬件資源與系統構成如圖2所示，主要包括PXI控制器、PXI數字I/O板卡、振臺、LCR表、高阻表、信號鎖相放大器、信號通道切換模塊和氣動夾具系統等。
其中，PXI控制器是整個測試系統的控制核心，能夠通過GPIB總線與LCR表、高阻表、信號鎖相放大器等儀器進行通信；PXI數字I/O板卡主要用于系統的狀態反饋和動作控制；振臺為爆震傳感器的靈敏度、線性度提供一個標準的振動測試環境，本系統采用的是定制的壓電類振臺，輸出頻率范圍為3～50kHz，1kg負載下加速度最高可達250g的振動；LCR表、高阻表主要用于傳感器電阻、絕緣電阻、電容等參數的檢測；信號通道切換模塊主要為電阻電容測、絕緣電阻、靈敏度的測試任務建立相應的信號測量通道。

在生產線上進行靈敏度和線性度的檢測，需要通過緊固螺釘實現傳感器與振臺的連接，為保證測試條件的一致性，采用定扭矩扳手為緊固螺釘提供固定的扭緊力。為保護振臺，系統中設計了專門的氣動夾具系統，在裝卸傳感器過程中對振臺實施保護。

2．軟件實現

汽車爆震傳感器測試系統的測控軟件基于LabVIEW進行設計開發，具有良好的穩定性和可擴展性。系統測控軟件主要采用基于狀態機的并行處理結構，同時將事件響應與數據流執行方式有機結合，使整個系統具有較高的實時性和可靠性。軟件在功能實現上采用模塊化的方式，主要組成模塊有測量驅動模塊、振臺控制模塊、氣動夾具控制模塊及系統安全保護模塊等（見圖3）。 [page]
其中，測量驅動模塊主要控制儀器實現測量功能；振臺控制模塊采用閉環控制算法，使振臺在不同的振動頻率下都可以有穩定的加速度振動；氣動夾具控制模塊主要實現測試過程中對振臺夾具的動作控制，同時可以控制打標機構等氣動系統的動作；外部操作驅動模塊通過對數字I/O端口的監控，完成氣缸各種動作狀態的監視，用三色報警燈對測試進程及測試結果進行直觀的指示，同時可利用廢品箱上的光電傳感器實現廢品計數，進行質量控制；數據分析與顯示模塊會對檢測參數、測試過程、測量數據與波形以及最終結果等進行動態、直觀的顯示，同時利用數據存儲與輸出模塊將測試結果實時存儲在Excel文件中，并可通過數據回放功能對數據進行查看。

測試系統的性能與測試范圍

現在市場上研發的汽車爆震傳感器測試系統功能完善，性能穩定可靠，操作簡單，測試精度高，測試速度快，可滿足傳感器生產線上長時間、大批量生產測試的需要。針對壓電式爆震傳感器結構形式多樣的特點，系統采用傳感器適配接口模塊化設計，適合多種壓電式爆震傳感器的檢測，系統的測試范圍如表所示。目前這些測試系統已成功應用于西門子壓電式爆震傳感器生產線上的終檢測試。