全桥压力传感器快速检测装置的制作方法

本实用新型涉及辅助检测领域，特别涉及一种全桥压力传感器快速检测装置。

背景技术：

全桥压阻式压力传感器因自身结构简单，且工作可靠、耐腐性、抗干扰能力强，被广泛应用于各种工业自控环境，特别是航空航天和军工领域中更有它的特殊地位。现阶段在工业系统所遇到的最大问题，主要在传感器的老化、自然损耗及无预警故障时所带来的巨大损失。因此,亟需一种在传感器未发生故障或发生故障的情况下对传感器性能指标及状态进行快速准确检测的方案。

目前两种简单判断传感器初始指标的两种方法：桥路的检测和零点的检测。桥路的检测主要检测传感器的电路是否正确，一般是惠斯通全桥电路，利用万用表的欧姆档，两输入端之间的阻抗、以及输出端之间的阻抗，这两个阻抗就是压力传感器的输入、输出阻抗。如果阻抗是无穷大，桥路就是断开的，说明传感器有问题或者引脚的定义没有判断正确；零点的检测，用万用表的电压档，检测在没有施加压力的条件下，传感器的零点输出。这个输出一般为mv级的电压，如果超出了传感器的技术指标，就说明传感器的零点偏差超范围。连接线缆为四芯线缆，红、黑、绿、白分别为激励正、激励负、信号正和信号负，为了确定传感器的性能状态，需要对其输入阻抗、输出阻抗和零点输出值进行测量。其中：输入阻抗为在无源状态下，激励正(红线)与激励负(黑线)之间的等效电阻；输出阻抗为在无源状态下，信号正(绿线)与信号负(白线)之间的等效电阻；零点输出值(zmo)为在对其激励段施加±5v激励时，信号线输出的电压值。

针对这两种检测方法，目前全桥压力传感器检测主要依赖于工厂的出厂校验，较为精密的传感器工厂会在说明书上写明某一型号的传感器的相关指标，一些相对廉价的全桥压力传感器只能提供大概范围。

全桥式压力传感器作为前端传感器广泛用于应力测试，冲击波测试，姿态检测等领域，但传感器输出信号较小，往往通过放大器直接连接后级电路，若传感器出现短路或者其他输出不正常的情况时会对后级电路也造成较大影响，对与一些低成本系统更是有可能烧毁后级系统，因此在实际操作环境中对传感器上机前的检测显得尤为重要。

meggitt品牌是生产精密全桥压力传感器的国际公司(本检测仪器针对于该司生产的8510b型和8510c型，类似的8511a系列传感器及同系列30多种产品均可检测)该种传感器广泛应用于冲击波和压力波的检测，传感器科技含量较高且售价昂贵，由于精密特性又造成了其容易在运输、保存或使用过程中造成不可预知的损坏，而该传感器又恰好被应用于各种精密测量的恶劣环境下，所以对这种高精密传感器的上机前检测就更为关键。

但目前用户在使用前想检测传感器的好坏只能通过实验室方法，在各种复杂现场环境下无法进行便捷有效的检测，且无法使用同一检测工具对多种接口的传感器进行检测。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供全桥压力传感器快速检测装置，可以解决现有技术中，存在背景技术中存在的问题。

本实用新型实施例提供全桥压力传感器快速检测装置，包括：接口引线切换模块、电阻测量模块、激励电压模块、电压测量模块、主控模块、人机接口模块和电源管理模块；

所述接口引线切换模块分别电连接所述电阻测量模块、所述激励电压模块和所述电压测量模块；

所述电阻测量模块、所述激励电压模块和所述电压测量模块分别电连接所述主控模块；

所述主控模块电连接所述人机接口模块；

所述电源管理模块用于提供系统电源。

较佳地，所述接口引线切换模块的接口包括lemo接头、航空插头和裸线方式。

较佳地，所述电阻测量模块包括阻抗参数测量系统，所述阻抗参数测量系统包括半桥电压输出电路和模数转换电路，所述半桥电压输出电路与所述模数转换电路电连接，所述模数转换电路和所述主控模块电连接。

较佳地，所述模数转换电路采用ads1115模数转换电路。

较佳地，所述激励电压模块包括da输出电路、运算放大器、ad采样电路和激励输出接口。所述da输出电路电连接运算放大器，所述运算放大器电连接所述ad采样电路，所述ad采样电路电连接所述主控模块，所述主控模块通过所述激励输出接口输出激励电压。

较佳地，所述电压测量模块包括电压采集电路、同向加法器和ad模块，所述电压采集电路电连接所述同向加法器，所述同向加法器电连接ad模块，所述ad模块电连接所述主控模块。

较佳地，所述主控模块内设有主控芯片，所述主控芯片采用stm32f103rct6单片机。

较佳地，所述人机接口模块包括：启动按键模块、报警蜂鸣器模块、oled参数显示模块和指示灯提示模块，所述启动按键模块采用薄膜按键，所述报警蜂鸣器模选用hx-26y16-5型号的有源蜂鸣器，所述oled参数显示模块选用m31s1322_01_b型号2.4寸oled模块，所述指示灯提示模块采用贴片6脚三色放光二极管。

较佳地，所述电源管理模块选用18650定制电池组6000mah。

本实用新型实施例提供全桥压力传感器快速检测装置，与现有技术相比，其有益效果如下：将实验室流程中需要测量的输入阻抗测量、输出阻抗测量、差分供电下的零点输出电压集成到“全桥压力传感器快速检测仪”装置中，可以快速测量meggitt公司生产的8510b型和8510c型及同系列全桥压力传感器和市面大部分压阻式压力传感器的供电电压为±5的全桥压力传感器，并针对于4线制的接口留有3种不同规格的插口，即插即用，简便快捷，整个仪器采用电池供电，适合野外环境使用，并在模块以及参数选取方面选择最优，测试时间小于5秒，阻抗精确度在1％范围以内，信号精确度在0.1％范围内，并可在最后直接输出该两种型号下3个量程的传感器好坏的定性指标，并显示定量参数。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的全桥压力传感器快速检测装置系统总体框图；

图2为本实用新型实施例提供的阻抗参数测量模块系统框图；

图3为本实用新型实施例提供的激励电压参数模块框图；

图4为本实用新型实施例提供的电压测量电路图；

图5为本实用新型实施例提供的主控模块连接框图；

图6为本实用新型实施例提供的人机接口模块连接框图；

图7为本实用新型实施例提供的指示灯提示模块显示流程图。

附图标记说明：

1、接口引线切换模块，21、电阻测量模块，22、激励电压模块，23、电压测量模块，3、主控模块，4、人机接口模块，5、电源管理模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解为本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1～7，本实用新型实施例提供的全桥压力传感器快速检测装置，该装置包括：接口引线切换模块1、电阻测量模块21、激励电压模块22、电压测量模块23、主控模块3、人机接口模块4和电源管理模块5，参见图1。

接口引线切换模块1分别电连接电阻测量模块21、激励电压模块22和电压测量模块23。

电阻测量模块21、激励电压模块22和电压测量模块23分别电连接主控模块3。

主控模块3电连接人机接口模块4。

电源管理模块(5)用于提供系统电源。

接口引线切换模块1中的接口引线部分采用3种传感器的常用接口(航空插头接口、lemo接口、裸线接口)。

其中，接线插板正面部分共分为3种插孔，分别是2edg5.08-4p型接线端子、fag.0b.304.cla型lemo插座和j599/20fa35shn型航空插头连接器，三种接口分别对应于待测传感器8510b与8510c的不同接口。接口3用于测量未安装传感器的裸线端子，在使用接口3时应严格按照规定线序接入公头端子，线序接错会损伤待测传感器。

电阻测量模块21内设有阻抗参数测量系统，阻抗参数测量系统包括半桥电压输出和模数转换电路。半桥电压输出电路与模数转换电路电连接，模数转换电路和主控模块3电连接。

参考图2，其中半桥电压测量是根据不同阻值的电阻获得的分压不同，通过单片机驱动ad去采集该变化的电压值然后处理，就可以计算出相应的电阻的变化，是一种精度相对较高的测量方式。

模数转换电路为ads1115模数转换电路，ads1115具有一个输入多路复用器(mux)，可实现两次差动输入测量或四次单端输入测量，在ads1115中可使用数字比较器进行欠压和过压检测；ads1115既可在连续转换模式下工作，也可在单脉冲模式下工作，在单脉冲模式下，这些器件可在一次转换后自动断电，因此显著降低了空闲期间的功耗；对于电阻测量电路的技术指标要求为测试范围覆盖500ω～5kω，测试误差不大于测量值的±1％+5ω。选用半桥电阻测量方案对电阻进行测量。半桥由两个电阻组成，用来测量其中一个电阻(其中另一个电阻阻值固定)，其中，固定电阻选择2k的阻值；ads1115是兼容i²c的16位高精度低功耗数模转换器(adc)，adc内部pga寄存器可提供±256mv到±6.144v的输入范围，从而实现精准的大小信号测量,其中，adc选用供电电压vdd＝2v时，在整个量程范围内温漂最小。

激励电压模块3包括da输出电路、运算放大器、ad采样电路、主控模块3和激励输出接口；da输出电路电连接运算放大器，运算放大器电连接ad采样电路，ad采样电路电连接主控模块3，主控模块3通过激励输出接口输出激励电压。

激励电压模块22技术指标要求为±5v固定值，误差不大于±1％。由于系统要求电压精度较高，所以本系统采用闭环电压输出。由高精度da产生2.500v基准电压，经过两路运算放大器进行同反向2倍放大，再进行输出电压测量，最终由单片机经过pid计算应该输出的电压值，流程图参见图3。

电压测量模块4包括电压采集电路，同向加法器和ad模块，电压采集电路电连接同向加法器，同向加法器电连接ad模块，ad模块电连接主控模块3。

电压测量模块23的技术指标要求测试范围为±1v，测量误差不大于±0.1％+1mv。由于ads1115有四个通道，可以继续使用阻抗参数测量时剩余的通道进行电压测量。由于需要测量负电压，正常的ad只能测量0v以上的电压，因此需要将负电压抬升到0v以上进行测量，因此需要设计同相加法器来测量±1v电压，参见图4，同相加法器输出电压范围为1.048v～3.048v，符合adc电压测量范围0～4.096v，之后由单片机读取adc输出值减去2.048v即可得到正常的激励输出值。

主控模块系统设计流程图参见图5，该主控模块3分系统满足16位ad的iic通信协议，且需带有串口等基本调试用功能接口，io口数量充足，可以外接oled显示屏、按键及多个指示灯；需要带有低功耗的休眠模式，且工作温度满足设计需求的-20℃～+45℃。

其中，主控芯片采用st公司的stm32f103rct6的32bit单片机，该款单片机具有48个通用io口，5个通用定时器以及1个多功能中断管理器(nvic)，其io口常温下全速(72m并使能所有外设)工作输出电流消耗为40ma，高温105℃功耗为67mah，-45℃时达到35mah，低功耗状态下关闭高速振荡器，高温105℃功耗为600uah，-45℃时达到35uah，待机模式下功耗曲线成单调递增，最高值为4uah。主控芯片采用单片机最小系统驱动外设的模式，单片机最小系统采用ams1117-3.3v稳压芯片供电，单片机内部带有一个8m的rc振荡器(出厂调校)，外部接入一个8m的外置无源晶振用于系统时钟(72m)的倍频，还需要外部接入一个32.768k无源晶振，用于rtc(实时时钟)的基准时钟和复位模块。

人机接口模块4分系统结构流程图参见图6，该分系统主要是测试使用时的人机交互界面，主要工作流程包括开机自检、测试接口选择，参数显示和报告显示等。当用户按下启动按键；主控芯片驱动测量电路测量相关参数，将参数显示在oled屏幕上，主要显示参数包括三个测量指标(输入输出阻抗，输入信号幅值)、电池电量，提示信息等。

其中，启动按键模块采用薄膜按键，全密封，轻薄便捷，可以满足设计需求的防水防震防尘。

报警蜂鸣器模块采用hx-26y16-5型号的有源蜂鸣器，hx-26y16-5型号的有源蜂鸣器具有3-6v宽电压供电，-20℃～45℃的工作温度范围，实测声平6v时大于100db(距离10cm测试)，重量1.5g，可以满足设计报警需求，将蜂鸣器报警器连接在三极管驱动电路上，用io口去驱动蜂鸣器的响与不响；oled参数显示模块采用m31s1322_01_b型号2.4寸oled模块，m31s1322_01_b型号2.4寸oled模块采用spi接口通信模式，白色背光，分辨率128*64，供电范围为1.8-3.3v，可以使用单片机输出直接供电，3种亮度调节方案，最大功耗(室温下测量100％点亮)为720mw，温度曲线成单调递增曲线，工作温度-45℃～85℃，高温85度时功耗达到最大为1065mw，可以满足设计的低功耗需求，连接方式采用2.54间距插针孔或1.0间距的fpc软排线，重量25g，基本满足设计需求。

oled界面设计包括开机自检界面，接口选择界面、指标显示界面、报告生成界面，低电压报警界面等，若电压矫正正常则自检正常，若长时间卡在此界面未动，说明自检未通过，可重新启动仪器或者联系维修人员进行报修。此时不建议插入传感器，系统自检过程中可能会由于仪器故障灯不可控情况出现自检不通过的情况，为避免传感器损坏，不要插入传感器，自检界面结束后首先显示出当前电池电量，随后显示自检正常，此时若电池电量低于报警值，则会显示低电压报警界面，若电池电压正常会显示如下自检通过界面，若插入裸线接口则要注意传感器的接线顺序，切忌接错，确定线序无误后可以插入传感器并按下确定键继续。

自检结束进入接口选择界面，此时可插入传感器，3个接口中只能有一个接口接入传感器，不可同时接入多个传感器，在供电测量时可能会损伤传感器。接口1为航插接口，接口2为lemo接口，接口3为裸线接口。左右按键选择接口接入插牢后按确认按键开始测量传感器指标，按下确认键后进入到参数测量界面。

首先为输入输出阻抗测量结果，测得输入输出阻抗后，若测量参数正常会配合led指示灯由红变绿，若不正常则显示红色，指标1代表输入阻抗，指标2代表输出阻抗，两项指标都正常，按下确认键进行供电测量指标3零点电压，若前两项有指标不正常应停止继续测量，应拔出传感器后关闭仪器，检查传感器接入是否有问题，若外表无明显缺陷，进行二次测量，若依旧出现指标1和指标2不正常的情况，则传感器存在质量问题，可进一步使用专业仪器进行精准测量；测量指标3结束后，再次按下确认键后进入报告生成界面。

报告生成界面内显示两种不同型号的传感器在本次测量中得到的参数是否符合该传感器的标准参数，若指标1,2,3都符合标准，则显示为合格品，若有一项及一项以上指标不合格则显示为非合格品，在测量前应确定被测传感器的型号，对号入座。显示合格则可以拔出传感器，关机后重启仪器进行下一轮测量。若显示不合格可再次按下确认键，进行二次重新测量，此时不应带电插拔传感器，若更换传感器应关机后拔出传感器，待接口选择界面再在合适的接口中插入传感器再进行前几步的测量；在测量过程中若出现电池电压过低的情况则会进入低电压报警界面，设置低压报警范围是电池电压低于7.4v，显示为≤1％，此时仪器不可用，应关机后进行充电，充电至充电器指示灯由红转绿后再次使用，整个过程中，指示灯提示模块同样起指示作用。

led指示灯模块采用贴片6脚三色放光二极管，其最大电流消耗为12ma，可以直接使用io口的推挽输出模式进行直接驱动，工作温度为-60℃-100℃，完全满足环境需求。本仪器共有5个双色led显示灯，由灯光提示辅助屏幕显示相关参数是否达到要求指标，5个指示灯分别为指标1指示灯，指标2指示灯，指标3指示灯，状态报警指示灯，电源灯。

电源灯反映开关闭合后主控板是否供电，若显示为明亮的绿色则说明主控供电正常，在闭合开关后电源灯就应亮起，若电源灯未亮或者亮度微弱，可能发生内部短路故障，应立即停止使用仪器，联系保修人员进行相关专业检测。

参见图7，状态报警指示灯用于指示当前状态是否发生异常，所谓异常状态分为：自检未通过状态、低电压状态，状态指示灯应在仪器自检通过后和3个指标指示灯一同亮起，自检正常则应亮起明亮的绿色，若状态指示灯出现上述两种异常情况，则亮起明亮的红色，用户可根据该灯的颜色来直观判断当前仪器的运行状态是否正常；指标指示灯用于反映待测传感器的3个指标是否符合要求标准，符合标准的项亮起绿色指示灯，不符合标准的亮起红色指示灯。

各指标之间相互独立，互不影响，但由于该测量仪器可以测量8510b和8510c两种型号的传感器，当前测量指标有一种传感器不符合要求时就会在该指标上亮起红灯，故灯光提示指标仅起辅助oled显示作用，最终测量结果还是以生成报告界面显示的报告数据为准。

电源管理模块5选用松下的18650定制电池组6000mah，可以在-30℃-60℃正常工作，满足系统要求。采用并联分压式测量法，当电池电压低于7.4v时给予低压报警，应该充电，本电池自带充电监测模块，配置的专用充电器在电池充满后会自动停止充电。

整个装置外形尺寸≤200mm×150mm×50mm。

工作过程：由传感器引线接口接入外部传感器，此时由电阻测量模块对输入阻抗进行粗略测量估计，进行系统自检及传感器是否插好的检测；用户在oled显示模块指示说明和按键输入的方式下选择测量开始，由主控模块调动电阻测量模块进行输入输出阻抗的测量，测过程中一共进行5000次测量并取加权平均值，保证数据的稳定可靠；仪器主控模块调动激励电压模块向传感器进行±5v供电，并等待0.5s，待传感器达到稳态；由仪器主控模块调动电压测量模块对零点电压进行测量，一共进行5000次测量，取加权平均值，并结合前第二步测得的输入阻抗、输出阻抗进行数据存储；将测得的数据与内置标准传感器数据允许范围进行比较，得到本仪器针对的3种传感器(8510b-5型、8510c-15型、8510c-50型)是否满足标准数据范围，生成检测报告显示在oled显示模块中，用户可直观看到结果根据所测量的传感器型号对号入座。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。