一种测试微动接触电阻的系统和方法

专利名称：一种测试微动接触电阻的系统和方法
技术领域：
本发明涉及低压电器连接器接触电阻测试技术，特别涉及一种测试微动 4^触电阻的系统和方法。
背景技术：
通信系统或电力传输系统中，存在着大量的电连接环节，由于受外界环 境因素，例如冲击、碰撞、振动、冷热循环等的影响，可能引起连接器的电接触触点产生相对微小位置变化(微动o ，使连接器表面磨损，磨损产生的 碎屑暴露在大气中，氧化形成绝缘的氧化膜层，残留在电接触面上，从而影 响连接器的电接触性能，造成连接器的接触电阻值升高甚至断路，这种连接 器触点由于发生微动而？ 1起接触故障的现象称为微动失效,微动失效的机理 主要为微动腐蚀。由于微动形成的机理近于微观现象且与许多因素有关，例如，大气中的 腐蚀性气体、接触界面材料及其表面形貌、化学与物理特征、电磁干扰、周 围环境的振动和沖击等，理论分析难以得出准确的结论。因此对电连接器该 项指标的评估、性能寿命预测以至故障分析过程中，实验室模拟是目前国际 公认的有效手段。微动接触电阻作为衡量微动失效的一个重要指标，动态地 再现了微动过程中接触电阻的变化以及对电接触性能影响的程度，是分析和 研究微动的关键参数。在电接触领域，特别是对于通信用低压连接器，采用的接触压力较小， 但接触压力变化的范围较宽，从几克力到上百克力，微动的幅度也从几微米 到几百微米不等，微动的周期一般都比较长(频率低)，电接触对的微动失 效是磨损和环境腐蚀以及微动疲劳共同作用的结果，由于微动失效所需的时间长。因而在研究和分析中，常采用实验室加速模拟的方法来加速连接器微 动的过程，模拟微动失效。微动接触电阻测试系统是加速模拟'连接器微动现象的实验装置， 一般通 过控制连接器电接触对的相对运动，加速模拟连接器微动的过程，测试微动 过程中接触对的接触电阻值并自动记录，观测微动对电接触性能的影响。图1为现有微动接触电阻测试系统结构示意图。如图l所示，包括微动 接触电阻测试单元11、数据采集单元12、基座13、计算机单元14及微动 台单元15。其中，孩i动接触电阻测试单元11,包括测试触头111、测试样片112、电压计 113、恒流源114、及接触压力调节机构115。恒流源114第一端与测试触头lll.湘连，第二端与测试样片112相连； 电压计113第一端与恒流源114相连的测试触头111对侧相连，第二端与恒 流源114相连的测试样片112对侧相连，恒流源114、测试触头111、测试 样片112及电压计113之间的连接构成四点法的连接电^各；测试样片112固定或粘贴在孩i动台单元15表面，测试中测试触头111 与测试样片112接触形成测试通^s数据采集单元12,用于对测试触头111与测试样片112两端的电压降 (Ut)进行采样输出至计算机单元14;基座13,用于支撑微动接触电阻甜试单元ll及微动台单元15,调节系 统处于水平状态，隔离环境振动、冲击对微动接.触电阻测试的影响；计算机单元14，用于对微动接触电阻测试设定测试参数发送控制指 令驱动微动台单元15微动，对数据采集单元12采集的数据进行记录和处理， 实时绘制出微动接触电阻变化曲线；微动台单元15，用于根据计算机单元14发送来的微动指令，产生微动， 包含微动台151、样块固定台152及驱动与控制器153;测试样片112固定在样块固定台152上，样块固定台152与微动台151 相连接，与微动台251 —起微动，微动.合151由驱动与控制器153控制，进行单一方向的微动，驱动与控制器153由计算机单元14发送的控制指令驱 动微动台151微动，测试触头111在测试中与测试样片112保持接触，通过 基座13固定，不随微动台151微动，通过调节作用在测试触头111上的接 触压力大小，例如，通过在测试触头111上添加砝码的方法，进行不同接触 压力下的孩i动接触电阻测试。微动接触电阻测试方法采用经典的欧姆定理和四点法，预先调节恒流源 114的输出电流为常值Ic，微动过程中，数据采集单元12通过对电压计113 的电压降(Ut)进行釆样输出至计算机单元14,则可以通过设定的程序由欧 姆定理计算出一定接触压力F下测试触头111与测试样片112接触处的微动 接触电阻Re-Ut/Ic，调节接触压力F的大小，可以得到不同接触压力F下各 微动接触电阻阻值。但上述的微动接触电阻测试系统存在如下问题1. 微动台微动幅值波动大，控制不精确。如上述系统中，设定的 微动幅值为30微米，而在实际运行中，微动台微动幅值在30 120微米范围内波动，控制不精确。2. 微动台微动幅值不可调。现有微动接触电阻测试系统，只能进 行单一的确定幅值的^L动，而在实际应用中，需要对不同幅值 的微动进行微动接触电阻观:J试和分析。3. 微动接触电阻测试精度较低。由于实际运行环境中的微动频率、 微动幅度、接触压力、触点电流及温湿度等因素都将影响微动 接触电阻的测试精度，连接器正常的接触电阻一般只有几个毫 欧，而连接器尤其是移动电子设备中的连接器，其工作电流为 几十毫安，在工作电流下，连接器的接触压降只有几十微伏， 而且，由于环境和噪声的干扰，很容易使电压计读数波动，导 致测量不准确。4. 测试的通道数有限。现有的微动接触电阻测试系统只有一个通 道，只能对一个连接器接触对进行加速微动模拟实验，实验效率低，不利于同时进行对比试验的实时观察分析。发明内容有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一种测试微动接触电阻的系 统，提高微动过程中接触电阻自动测试的精度。本发明的另 一 目的在于提供一种测试微动接触电阻的方法，实现微动过 程中接触电阻自动测试的高精度。为达到上述目的的第 一个方面，本发明提供了 一种测试微动接触电阻的系统，包括微动台单元、微动接触电阻测试单元、数据采集单元及计算机 单元，微动台单元，用于根据计算机单元发送来的微动及控制指令，产生微动， 并根据自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；微动接触电阻测试单元，用于对微动中的连接器接触对进行动态接触电阻 测试；数据采集单元，用于对接触电压进行采样，将采样信号输出至计算机单 元进行数据处理和图形显示；计算机单元，用于对测试微动接触电阻设定微动参数及控制参数，通过串口通信方式向微动台输出微动及控制指令，控制微动台微动，初始化测试 系统，通过PCI总线与采集卡进行交互，读取采集卡中采集的接触电压信号， 进行处理。较佳地，所述微动台单元包括微动台、样块固定台、驱动与控制器及反 馈器，微动台，用于接收驱动与控制器输出的微动电压信号，进行微动； 样块固定台，用于固定测试样片，与所述微动台一起微动； 驱动与控制器，用于将计算机单元发送来的微动及控制指令，转换为微动电压信号，向微动台输出，驱动微动台进行微动，接收反馈器反馈的微动台微动幅值信息，对输出的微动电压信号进行调整；反馈器，用于检测微动台的微动幅值信息，将微动幅值信息反馈至驱动 与控制器。较佳地，所述驱动与控制器包括输入输出模块，控制检测模块及驱动模块，输入输出模块，用于与计算机单元进行通信，接收计算机单元发送来的微动及控制指令或设置驱动与控制器的控制指令，发送至控制检测模块；控制检测模块，用于接收输入输出模块发送来的微动指令及控制指令， 转换为模拟电压信号，向驱动模块输出；驱动模块，用于将控制检测模块输出的模拟电压信号转换为驱动微动台 的驱动电压信号，通过自身的运算功率放大电路，驱动微动台微动。较佳地，所述控制检测模块和驱动模块采用位移开环控制方式或位移闭 环控制方式对微动进行控制。较佳地，所述驱动与控制器包括'.模拟比例积分调节电路模块，所述模拟比例积分调节电路模块，用于对输出电压信号与输入电压信号 间的误差进行时间上的积分，调节驱动与控制器的输出电压信号。较佳地，所述微动及控制指令包括微动测试参数信息、电压参数信息 及微动幅值参数信息。较佳地，所述微动接触电阻测试单元包括测试触头、测试样片、恒流源、 电压计及接触压力调节器，测试样片，固定于样块固定台上，在测试点两侧，通过引出线分别接入 恒流源及电压计第二端；测试触头，固定在基座支撑架上，通过直线轴承和夹具垂直和测试样片接触构成接触对，在测试点两侧，通过引出线分别接入恒流源及电压计第一二山.碼,恒流源，用于提供预定的电流，第一端与测试触头相连，第二端与测试 样片相连，根据实验需要输出测试电路的恒定电流；电压计，用于对测试触头与测试样片两端的电压降进行测量后输出至数据采集单元，第一端与测试触头另 一侧相连，第二端与测试样片另 一侧相连； 接触压力调节器，用于对测试触头施加预定的接触压力以及对接触压力 进行调节。较佳地，所述接触压力调节器包括接触压力反馈器， 所述接触压力反馈器，用于对施加的接触压力进行反馈，接触压力调节 器根据反馈的接触压力信息调节接触压力。 较佳地，所述恒流源包括限压保护模块，所述限压保护模块，用于对恒流源进行限压保护，在恒流源恒流输出时， 如果输出电压达到限压值，将恒流源自动转到限压值输出。 较佳地，所述数据采集单元包括多媒体定时器，所述多媒体定时器，用于定时触发线程调用回调函数，进行数据采集和 微动控制。为达到上述目的的另一个方面，本发明提供了一种测试微动接触电阻的 方法，i亥方法包4舌Al.启动测试微动接触电阻系统，进行初始化，设置计算机单元孩i动及控 制指令参数信息，向微动台单元发送；A2.微动台单元根据接收的微动及控制指令参数信息，进行微动，并根据 自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；A3.微动接触电阻测试单元对微动中的连接器接触对进行接触电阻测试， 数据采集单元对接触电压信号进行采样，将采样信号输出至计算机单元进行数 据存储、处理和图形显示。较佳地，步骤Al所述进行初始化包括确定系统的通道数，连接好系统内相应通道的电路接线，通过接触压力调 节器将接触压力施加在测试触头上并对其大小进行调节，分别调节恒流源输出 电流，设置串口通信波特率，进行驱动与控制器参数检测。较佳地，步骤A3所述数据采集单元对接触电压信号进行采样包括 上位计算机发送微动及控制指令中指定采样点之间的距离，数据采集单元根据采样距离及釆样点数得到采样时间，对接触电压信号进4亍采样；或者，当 驱动与控制器控制微动台运动时，数据采集单元按照预定的时间间隔读取接触 电压信号。较佳地，所述步骤A3进一步包括创建每路微动台驱动与控制器和数据采集的线程，为每路微动台设置一个 线程及一个多媒体定时器，定时器定时触发线程运行，线程控制驱动与控制器， 驱动及调整微动台微动，对接触电压信号进行采样及存储以及向计算机单元发 送制图消息，计算机单元根据制图消息进行图形显示。由上述的技术方案可见，本发明提供的测试微动接触电阻的系统和方 法，通过驱动与控制单元控制两个《鼓动台孩i动，孩i动行程在0-200 m m内连 续可调，同时根据反馈的微动台微动幅值信息，调整微动台的微动，其微动 重定位精度<+/-2 n m,减少了微动幅值波动；样片固定在微动平台上，触头 通过直线轴承和夹具垂直和样片接触构成接触对，加力机构将接触压力施加 在触头上，提高了接触压力的精确度；恒流源提供给接触对恒定的电流，电 压计中的数据采集卡采集样片与触头'间的接触电压，通过外部部件互连 (PCI ， Peripheral Component Interconnect)总线传送到计算机，具有高分辨 率及高采样精度；计算机对釆样数据进行处理并保存到磁盘上，可以实时获 取微动过程中接触电阻数值，提高了微动接触电阻测试的精度，其测试精度 可达lmQ;而且，可根据实验需要对微动幅值、微动频率、接触压力参数 进行调节控制；拓展了微动接触电阻的测试通道，此外，还可同时进行八对 连接器接触对的微动接触电阻动态测试，提高了实验效率，有利于对比试验 的实时观察分析。


图1为现有微动接触电阻测试系统结构示意图。图2是本发明实施例测试微动接触电阻的系统结构示意图。图3是本发明实施例测试微动接触电阻的方法流程示意图。图4是本发明实施例测试微动接触电阻的方法具体流程示意图。 图5是本发明实施例测试微动接触电阻的线程流程示意图。
具体实施例方式
本发明通过计算机设置微动参数，将参数指令发送至驱动与控制单元， 驱动与控制单元根据指令控制两个微动平台微动，样片固定在微动平台上， 触头通过直线轴承和夹具垂直和样片接触构成接触对，加力机构将接触压力 施加在触头上，恒流源提供给接触对恒定的电流，电压计中的数据采集卡采
集样片与触头间的接触电压，通过PCI总线传送到计算机；计算机对采样数
据进行处理并保存到》兹盘上。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体 实施例对本发明作进一 步地详细描述。
图2是本发明实施例测试微动接触电阻的系统结构示意图。如图2所示， 该系统包含微动接触电阻测试单元21、数据采集单元22、基座23、计算 机单元24及微动台单元25。各单元介绍如下
微动台单元25,用于根据计算机单元24发送来的微动及控制指令，产 生相应的微动，并根据自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节， 包含微动台251、样块固定台252、驱动与控制器253及反馈器254;
微动台251,采用压电/电致伸缩陶瓷驱动的柔性支承，根据驱动与控制 器253输出的微动电压信号，作周期性微动，微动台表面设置8个样块固定 台251，每个样块固定台251表面开设4个螺孔，用于固定测试样片，可选 择同时进行1路或多路(《8 )樣i动接触电阻测试；
样块固定台252，通过4个螺栓和垫片将测试样片固定于微动台251上 的4个螺孔中，与微动台251—起微动；
驱动与控制器253,用于将计算机单元24发送来的微动指令，转换为 微动电压信号，向微动台251输出，驱动微动台251进行微动，接收反馈器 254反馈的微动台251微动幅值信息，对输出的微动电压进行调整，包括输入输出模块255,控制检测模块256和驱动模块257。输入输出模块255，采用串口通信方式，与计算机单元24进行通信， 接收计算机单元24发送来的微动及控制指令，发送至控制检测模块256; 或设置驱动与控制器253的控制指令，发送至控制检测模块256。实际应用中，还可以通过串口通信力能，由计算机软件实现驱动与控制 器253的操作控制，接收计算机单元24发送来的操作控制指令，发送至控 制检测模块256。控制检测模块256,用于接收输入输出模块255发送来的微动指令及控 制指令，转换为高精度模拟电压信号，向驱动模块257输出；微动指令中携带有微动测试参数、电压参数及位移参数信息。 驱动模块257,用于将控制检测模块256输出的模拟电压信号转换为驱 动微动台251的驱动电压信号，通过自身的运算功率放大电路，驱动微动台 251微动。实际应用中，控制检测模块256和驱动模块257采用位移开环控制方式 对微动进行控制，也可以釆用位移闭环控制方式对微动进行控制。位移开环控制方式状态下，输入参数为输入电压，通过串口通信方式输 入电压参数，控制检测模块256输出一个高精度模拟电压，例如，16位精 度信号；驱动模块257将该高精度模拟电压信号转换成微动台251的驱动电 压，并通过运算功率放大电路输出到微动台251;反馈器254检测微动台251 的输出电压，反馈到驱动与控制器253,驱动与控制器253根椐该反馈的电 压信号，对输出电压进行调节，直至达.到了所要求的电压参数。位移闭环状态下，输入参数为输入位移，通过串口通信方式输入位移参 数，控制检测模块256输出一个高精度模拟电压(16位精度)信号；驱动 模块257将该高精度模拟电压信号转换成微动台251的驱动电压，并通过运 算功率放大电路输出到微动台251;反馈器254通过位移传感器检测微动台 251位移形成位移反馈信号，反馈到驱动与控制器253,驱动与控制器253 根据反馈的位移信息及预先设置的位移反馈和输出位移的对应关系，例如，预先设置位移反馈信号和输出位移为线性关系，调整输出电压信号，直至达 到了所要求的位移参数。实际应用中，为了改善驱动与控制器253的动态频率响应和保证输出参 数的稳定性，还可以采用模拟比例积分(PI)调节电路，由于上述进行比例 控制时，系统输出存在稳态误差(Steady-state error),而稳态误差与驱动与 控制器253的输出与输入误差的积分成正比关系。为了消除上述稳态误差， 在驱动与控制器253中进一步引入"积分项"(I),也就是采用模拟比例 积分调节电路，积分项对输出电压信号与输入电压信号间的误差进行时间上 的积分，随着时间的增加，积分项的值逐渐增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而增大，这样，通过对驱动与控制器253的输出进 行调节，可以使稳态误差逐渐减小，直到无稳态误差。驱动模块257输出的驱动微动台2.51的驱动电压信号，通过串口通信协 议，可以是连续发送驱动电压指令，运动预定距离后，反馈器254就釆集一 次测试触头与测试样片两端的电压降，反馈至驱动模块257,驱动模块257 根据采集的电压降大小对输出电压进行调节；也可以是将周期运动的幅值、 频率和运动时间发送到微动台251，控制微动台251的运动，反馈器254每 隔预定的时间采集一次测试触头与测试样片两端的电压降，反馈至驱动模块 257,驱动模块257根据采集的电压降大小对输出电压进行调节。反馈器254,用于检测微动台251的微动幅值信息，将微动幅值信息反 馈至驱动与控制器253,对微动台251的微动幅值进行调整。实际应用中，可以通过安装于微动台251上的精密小型位移传感器测量 出微动台251的实际位移，将位移信息反馈至驱动与控制器253,驱动与控 制器253根据反馈的位移信息及预先设置的位移反馈和输出位移的线性关 系，本实施例中，通过调整微动台251中压电陶瓷的极化强度，从而实现微 动台251的位移闭环调节和控制。微动接触电阻测试单元21，用于对微动中的连接器接触对进行动态接 触电阻测试，包括测试触头211、测试样片212、恒流源213、电压计214及接触压力调节器215。
测试样片212,通过与压电陶乾微动台251上4个螺孔以及样块固定台 252上的螺栓和垫片固定在样块固定台252上，在测试点两侧，通过导线引 出，分别接入恒流源213及电压计214第二端；
测试触头211,固定在基座23的支撑架上，形成可拆卸的固定连接， 通过直线轴 R和夹具垂直和测试样片212接触构成接触对，在测试点两侧， 通过导线引出，分别接入恒流源213及电压计214第一端，与测试样片212 形成四点法连接，接触压力调节器215将接触压力施加在测试触头211上并 对其大小进行调节；
恒流源213,用于提供预定的电流，第一端与测试触头211相连，第二 端与测试样片212相连，用于根据实验需要输出测试电路的恒定电流，例如， 在本实施例中，由于测试微动接触电阻'的系统应用于通信领域，恒流源213 输出的电流不能太大，以免击穿连接器在使用环境中形成的表面污染膜层， 一般应不超过IOO毫安(mA)，并设置有限压保护，即在恒流输出情况下， 如果输出电压达到限压值，恒流源将自动转到恒压(限压值)输出；
电压计214，第一端与测试触头211另一侧相连，第二端与测试样片212 另一侧相连，用于对测试触头211与测试样片212两端的电压降(Ut)进行 测量后输出至数据采集单元22;
接触压力调节器215，用于根据实验需要对测试触头211施加预定的接 触压力。
实际应用中，可以通过砝码和直线轴承来实现接触压力的施加和调整， 利用砝码自身的重力对测试触头211施加接触压力；也可以将样片安装在称 重测力传感器上，直接对接触压力进行测试，并且将接触压力显示在计算机 单元24上，保证接触压力加载的准确性；还可以是进一步设置接触压力反 馈器，对施加的接触压力进行反馈，接触压力调节器根据反馈的接触压力信 息调节接触压力。
基座23,用于支撑微动接触电阻测试单元21及微动台单元25，调节系统处于水平状态，隔离环境振动、沖击对微动接触电阻测试的影响；数据采集单元22,用于对一个或多个通道的电压计214输出的电压进 行高速率和高精度采样，将采样信号输.出至计算机单元24进行数据处理和 图形显示；实际应用中，对电压计214的输出电压，也就是接触电压的釆样，冲艮据 微动台运动的方式，有两种采样方法 一种方法是上位计算机发送樣i动及控 制指令时，指定采样点之间的距离，根据采样距离及采样点数得到采样时间； 另 一种方法是当驱动与控制器控制微动台运动时，釆集卡按照预定的时间间 隔读取接触电压信号。采集卡可以通过软件或硬件的定时来中断采集采样信号数据，如采用硬件的定时来中断采集采样信号数据时，在数据采集单元 22内置多媒体定时器(Multimedia Timer ),通过使用单独的线程(Thread ) 来调用一个自己的回调函数(Callback Function)，每隔一定时间发送一个 消息来中断釆集采样信号数据。程序的数据采集模块可以根据微动的特性如微动周期、微动幅值和微动 步距等参数设定采集卡的采样频率、采样间隔；也可以根据测试样品的接触 电阻特性设定采集卡的量程以及设定相邻采样点的间隔。此外，当采用八通道测试^l动接触电阻时，由于八通道电压测量部分的 速度要求非常快，例如，按一个周期十个采样点计算，采样速率需要达到 10kHz，而且由于采集的精度要求需要达到微伏的数量级，这样，为了同时 满足仪器的实时性指标，要求数据传输的速率非常高，因此，在本实施例中， 采用差分测量的具有18位采集精度(相当于5位半的电压计)的釆集卡， 该采集卡的多通道间隔扫描(interval scanning )速率可以达到5 00KS/S,也 就是每秒500K个采样点，采集卡可以直接插入计算机单元24的PCI插槽 中。计算机单元24，用于对微动接触电阻测试设定微动参数及控制参数， 例如，微动幅值、微动频率、微动次数、采样通道，采样频率和采样点数， 通过串口通信方式输出微动台微动参数.及控制参数，控制微动台微动，通过PCI总线与采集卡进行交互，将采集的采样信号传送到计算机单元24,初始化测试系统，根据数据采集单元22采集的电压信号，进行变换，将变换后 的数据文件进行记录，并根据该数据文件及设定的软件程序实时绘制出微动 接触电阻变化曲线，反映微动过程中的接触电阻变化。实际应用中，还可以通过记录的数据文件进行后续处理。 以进行两通道测试孩i动接触电阻为例，图2所示系统的工作原理为 确定系统的通道数为两个，按照实验要求连接好上述系统内两通道的电 路接线，通过接触压力调节器215将接触压力施加在测试触头211上并对其 大小进行调节，分别调节两通道中恒流源213输出电流为预定值，启动测试 微动接触电阻系统，进行系统初始化，进入计算机单元24中的微动接触电 阻测试软件界面，分别设置微动幅值、微动频率、微动次数、釆样通道，采 样频率和采样点数等测试相关参数，计算机单元24将相关微动和控制测试 参数采用串口通信方式输出至输入输出模块255，输入输出模块255将测试 参数向控制检测模块256发送，控制检测模块256接收测试参数，将测试参 数转换为高精度模拟电压信号，向驱动模块257输出，驱动模块257接收模 拟电压信号，转换为微动台251的驱动电压，并通过运算功率放大电路驱动 微动台251微动，反馈器254通过精密小型位移传感器测量微动台251的实 际位移，将位移信息反馈至驱动与控制器253,驱动与控制器253根据反馈 的位移信息及预先设置的位移反馈和输出位移的对应关系调整压电陶资的 极化强度，对微动台251的微动幅值进行调整。微动接触电阻测试单元21对微动中的连接器接触对进行动态接触电阻 测试，将测试数据输出至数据采集单元22,数据采集单元22对测试数据进 行高速率和高精度采样，将采样信号输出至计算机单元24进行数据存储、 处理和图形显示，获取微动接触电阻信息。由上述实施例可见，由于控制检测模块256可以将计算机单元27输出 的微动相关参数，转换为高精度模拟电压信号进行输出，驱动模块257将该 高精度模拟电压信号转换成微动台251的驱动电压，驱动微动台251微动，而驱动微动台251本身具有压电/电致伸缩陶瓷驱动的柔性支承，无机械摩
擦，无间隙，具有很高的位移分辨率，同时，驱动与控制器253可以根据反 馈器254反馈的微动台251微动幅值信息，对输出的微动电压进行调整，因 此对微动幅值的调节精确，其精度可达士2um,大大降低了微动幅值误差； 而且，通过采用高精度的电压测试装置、恒流源及差分输入的高精度数据采 集卡，使采样数据精度进一步提高，增强了微动接触电阻的测试精度。
图3是本发明实施例测试微动接触电阻的方法流程示意图。如图3所示， 该流程包括
步骤301，启动测试微动接触电阻系统，进行初始化，设置计算机单元微 动及控制指令参数信息，向微动台单元发送；
步骤302,微动台单元根据接收的微动及控制指令参数信息，进行微动， 并根据自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；
步骤303,微动接触电阻测试单元对微动中的连接器接触对进行接触电 阻测试，数据采集单元对接触电压信号进行采样，将采样信号输出至计算机 单元进行数据存储、处理和图形显示。
图4是本发明实施例测试微动接触电阻的方法具体流程示意图。如图4 所示，该流程包括
步骤401 ，初始化测试微动接触电阻系统；
本步骤中，根据需要确定系统的通道数，按照实验要求连接好系统内相 应通道的电路接线，通过接触压力调节器将接触压力施加在测试触头上并对 其大小进行调节，分别调节恒流源输出电流，启动微动接触电阻测试系统， 进入程序主窗口之后，初始化驱动与控制器设置串口通信波特率为9600; 进行驱动与控制器参数检测，确保各通道电压和最大位移参数的正确性，避 免损害微动台。
步骤402,设置微动参数；
本步骤中，设置微动参数，可以有以下三种方式，
定位控制将微动控制器控制按钮拨至开环档，开环状态下输出的为电压值，微动台各通道间各自独立输出，互不影响；三角波波形输出控制设置为闭环位移输出模式，闭环状态下输出的为 位移值，设置每个通道的四个参数，幅值(A),从零到最大位移值的步数(n), 相邻两步之间的时间间隔(t)和^t动次凄史(N),则周期T为(2 x n x t)，步幅 为(A + n);正弦波波形输出控制设置为闭环位移输出模式，设置每个通道的三个 参数，幅值(A)，周期(T)和微动次数(N)。如果微动参数选择三角波波形输出控制或正弦波波形输出控制，确认微 动参数设置后，计算机可以根据设置的微动参数将所要发送的点序列计算出 来，并存储到一个数组中，数组的最大长度可设为1000。步骤403,设置采集参数；本步骤中，设置数据采集属性设置使用的通道，相邻的两个电压采样 点的距离或者时间间隔和采集卡使用的量程。 步骤404，进行微动接触电阻测试；本步骤中，启动多媒体定时器，对电压信号进行采样；创建两路微动台 驱动与控制器和数据采集的线程；创建用于存储数据的TXT文档，并在文 档中写入此次实验的相关参数。步骤405,微动与数据采集；本步骤中， 一路微动台设置一个线程及一个定时器，定时器负责定时触 发线程运行，线程负责控制驱动与控制器，驱动及调整微动台微动，对接触 电压信号进行采样及存储以及向计算机单元发送制图消息。实际应用中，数据采集一般是通过软件或硬件的定时中断以及A/D变 换来读取外界的数据，由于多媒体定时器具有很高的优先级，它每隔一定时 间就发送一个消息而不管其它消息是否执行完毕，在本实施例中，测试软件 采用了多媒体定时器实现定时控制；此外，对于现在的Intel CPU来说，它 的最小定时精度通常可以达到lms,而微动平台最大微动频率为lHz,多媒 体定时器定时精度足够满足它的实时数据采集的定时精度；而且，进程使用内存映射文件形式直接访问磁盘上的数据文件，避免了数据文件的输入输出 (1/0， Input/Output)操作，不需要调用那些分配、释放内存块和数据文件 输入/输出的API函数，只要移动数据文件指针进行读写即可，由于没有涉 及实际的文件操作，执行效率更高。
步骤406,微动接触电阻测试完毕，结束流程。
本步骤中，当实验完毕时，程序将自动结束线程并关闭定时器，并在此 之前可以对当前数据进行保存和数据处理。
微动实验的过程中，程序主要完成微动控制、电压降的数据采集和电阻 曲线绘制三个任务，微动控制和数据采菜由独立的线程和定时器配合完成， 定时器定时触发线程进行数据釆集和微动控制，每一路微动台分配一个线 程；主程序接收线程发送的绘图消息后，将绘图曲线显示在计算机屏幕上； 程序自动将数据文件记录在一个磁盘文件中，即使掉电，数据还是会保存， 线程结束时发送结束消息到主程序，主程序收到消息后结束实验。
下面对本发明实施例涉及的进程及线程作详细说明。
一个进程通常定义为程序的一个实例，在Win32中，进程占据4GB的 地址空间，与MS-DOS和16位Windows操作系统中的进程不同，Win32进 程是没有活力的，也就是说， 一个Win32进程并不执行指令，只是占据着 4GB的地址空间，该地址空间中有应用程序EXE文件的代码和数据，可以 提高大程序的运行效率及系统的稳定性。
除了地址空间，进程还占有某些资源，比如文件、动态内存分配和线程。 当进程终止时，在它生命期中创建的各种资源将被清除，为了可以执行任务， 进程必须占有至少一个线程，每个线程有自己的一组CPU寄存器和堆栈， 因此，线程是描述进程内的执行，负责执行包含在进程的地址空间中的代码， 操作系统为每个独立线程安排一些CPU时间，操作系统以轮转方式向线程 提供时间片，单个进程可以包含几个线程，它们可以同时执行进程的地址空 间中的代码。每个进程至少有一个线程在执行其地址空间中的代码，如果没 有线程执行进程地址空间中的代码，系统将自动清除进程及其地址空间。一个进程内的所有线程使用同 一个32位地址空间，而这些线程的4丸行 由系统调度程序控制，调度程序决定那个线程可执行和什么时候执行线程， 线程有优先级别，优先权较低的线程必须等到优先权较高的线程执行完任务 后再执行。在多处理器的机器上，调度程序可以把多个线程放到不同的处理 器上运行，这样可以使处理器的任务平衡，也提高系统的运行效率。
图5是本发明实施例测试微动接触电阻的线程流程示意图。如图5所示，
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步骤501,初始化参数； 步骤502,获取线程信号；
本步骤中，定时器触发线程运行，释放线程信号，并判断是否需要进行 接触电压的采样，如果是，釆集卡进行接触电压采样，获取及记录采样数据， 然后发送绘图消息，执行步骤503;否则，直接执行步骤503。
在数据采集的过程中，程序对采集卡获得的数据进行存储与绘图，采集 的数据最多有八个通道，按照微动台的路数分为两组，并分别保存在应用程 序当前目录下的两个扩展名为".txt"的磁盘文件中，这两个文件可以直接 用记事本打开；八个通道的数据采用不..同颜色的曲线绘制在同 一 坐标系中， 实际应用中，在数据采集期间，为了保证实时性，自动刷新功能即重新绘制 曲线功能将被禁用。
当采集卡采集到一个接触电压数据时，应用程序主进程接收到线程发送 的制图消息后，调用制图函数，制图函数在各个通道上一个采样点的坐标和 本次采样点的坐标之间连线，绘图完毕后结束调用。
步骤503,获取串口信号；
步骤504，发送位移指令；
步骤505,释放串口信号；
步骤506，完成周期，结束流程。
本步骤中，当释放串口信号后，程序判断是否完成了一个周期，如果还 没有，返回步骤502;如果完成了一个周期，则再判断是否完成了预定的周期数，如果没有完成预定的周期数，返回步骤502,如果完成了预定的周期 数，则结束本流程。
测试完成后，还可以对采集数据做进一步的处理，例如，绘图曲线整体 的缩放、单点接触电压或接触电阻值的显示、接触电阻值的求取、该绘图曲 线的最大最小值及均值、绘图曲线的放大观察以及对绘图曲线的平滑滤波操 作等，绘图曲线的平滑滤波主要是为了便于观察微动接触电阻(电压)曲线 的总趋势。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种测试微动接触电阻的系统，其特征在于，该系统包括微动台单元、微动接触电阻测试单元、数据采集单元及计算机单元，其中微动台单元，用于根据计算机单元发送来的微动及控制指令，产生微动，并根据自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；微动接触电阻测试单元，用于对微动中的连接器接触对进行动态接触电阻测试；数据采集单元，用于对接触电压进行采样，将采样信号输出至计算机单元进行数据处理和图形显示；计算机单元，用于对测试微动接触电阻设定微动参数及控制参数，通过串口通信方式向微动台输出微动及控制指令，控制微动台微动，初始化测试系统，通过PCI总线与采集卡进行交互，读取采集卡中采集的接触电压信号，进行处理。
2、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述微动台单元进一步包括 微动台、样块固定台、驱动与控制器及反馈器，其中微动台，用于接收驱动与控制器输出的微动电压信号，进行微动； 样块固定台，用于固定测试样片，与所述微动台一起微动； 驱动与控制器，用于将计算机单元发送来的微动及控制指令，转换为微动电压信号，向微动台输出，驱动微动台进行微动，接收反馈器反馈的微动台微动幅值信息，对输出的微动电压信号进行调整；反馈器，用于检测微动台的微动幅值信息，将微动幅值信息反馈至驱动与控制器。
3、 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述驱动与控制器进一步包括 输入输出模块，控制检测模块及驱动模块，其中输入输出模块，用于与计算机单元进行通信，接收计算机单元发送来的 微动及控制指令或设置驱动与控制器的控制指令，发送至控制检测模块；控制检测模块，用于接收输入输出模块发送来的微动指令及控制指令，转换为模拟电压信号，向驱动模块输出；驱动模块，用于将控制检测模块输出的模拟电压信号转换为驱动微动台 的驱动电压信号，通过自身的运算功率放大电路，驱动微动台微动。
4、 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制检测模块和驱动 模块采用位移开环控制方式或位移闭环控制方式对微动进行控制。
5、 如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述驱动与控制器进 一步包括模拟比例积分调节电路模块，所述模拟比例积分调节电路模块，用于对输出电压信号与输入电压信号 间的误差进行时间上的积分，调节驱动与控制器的输出电压信号。
6、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述微动及控制指令包括 微动测试参数信息、电压参数信息及微劫幅值参数信息。
7、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述微动接触电阻测试单元进 一步包括测试触头、测试样片、恒流源、电压计及接触压力调节器，其中测试样片，固定于样块固定台上，在测试点两侧，通过引出线分别接入 恒流源及电压计第二端；测试触头，固定在基座支撑架上，通过直线轴承和夹具垂直和测试样片 接触构成接触对，在测试点两侧，通过引出线分别接入恒流源及电压计第一端；恒流源，用于提供预定的电流，第一端与测试触头相连，第二端与测试 样片相连，根据实验需要输出测试电路的恒定电流；电压计，用于对测试触头与测试样片两端的电压降进行测量后输出至数据采集单元，第 一端与测试触头另 一侧相连，第二端与测试样片另 一侧相连；接触压力调节器，用于对测试触头施加预定的接触压力以及对接触压力 进行调节。
8、 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接触压力调节器进一 步包括接触压力反馈器，所述接触压力反馈器，用于对施加的接触压力进行反馈，接触压力调节 器根据反馈的接触压力信息调节接触压力。
9、 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述恒流源进一步包括限压保护模块，所述限压保护模块，用于对恒流源进行限压保护，在恒流源恒流输出时， 如果输出电压达到限压值，将恒流源自动转到限压值输出。
10、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括多媒体定时器，所述多媒体定时器，用于定时触发线程调用回调函数，进行数据采集和 微动控制。
11、 一种测试孩吏动接触电阻的方法，其特征在于，该方法包括Al.启动测试^^动接触电阻系统，进行初始化，设置计算才几单元孩l动及控 制指令参数信息，向微动台单元发送；A2.微动台单元根据接收的微动及控制指令参数信息，进行微动，并根据 自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；A3.孩i动接触电阻测试单元对微动中的连接器接触对进行接触电阻测试， 数据采集单元对接触电压信号进行采样，将采样信号输出至计算机单元进行数 据存储、处理和图形显示。
12、 如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤A1所述进行初始化包括确定系统的通道数，连接好系统内相应通道的电路接线，通过接触压力调 节器将接触压力施加在测试触头上并对其大小进行调节，分别调节恒流源输出 电流，设置串口通信波特率，进行驱动与控制器参数检测。
13、 如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤A3所述数据采集单元 对接触电压信号进行采样包括上位计算机发送微动及控制指令中指定釆样点之间的距离，数据采集单元 根据采样距离及采样点数得到采样时间，对接触电压信号进行采样；或者，当驱动与控制器控制微动台运动时，数据采集单元按照预定的时间间隔读取接触 电压信号。
14、如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤A3进一步包括 创建每路微动台驱动与控制器和数据采集的线程，为每路微动台设置一个 线程及一个多媒体定时器，定时器定时触发线程运行，线程控制驱动与控制器， 驱动及调整微动台微动，对接触电压信号进行采样及存储以及向计算机单元发 送制图消息，计算机单元根据制图消息进行图形显示。
全文摘要
本发明公开了一种测试微动接触电阻的系统和方法，包含微动台单元、微动接触电阻测试单元、数据采集单元及计算机单元，启动测试微动接触电阻系统，进行初始化，设置计算机单元微动及控制指令参数信息，向微动台单元发送；微动台单元根据接收的微动及控制指令参数信息，进行微动，并根据自身形成的反馈微动幅值信息，对微动幅值进行调节；微动接触电阻测试单元对微动中的连接器接触对进行接触电阻测试，数据采集单元对接触电压信号进行采样，将采样信号输出至计算机单元进行数据存储、处理和图形显示。应用本发明能够根据需要对测试参数进行调节控制，拓展微动接触电阻的测试通道，提高微动接触电阻测试的精度。
文档编号G01R27/02GK101236220SQ20081000740
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者于海涛, 白惠贤, 东 罗, 娜 芦, 许良军 申请人:北京邮电大学