基于虚拟仪器的传感器静态特性分析

　　引言

　　传感器的工作特性通过其静、动态特性直接反映出来，静态特性是表示传感器在被测输入量的各个值处于稳定状态时的输入—输出关系，更能突出反映传感器的各项指标，传感器静态特性主要指线性度、迟后性、重复性和静态误差。以往对传感器静态特性的测试、分析需要多种仪器来共同完成，且输入、输出信号的测量、记录、特性指标的计算都需人工完成，工作量大、效率低、可靠性差。基于虚拟仪器的传感器特性分析数据处理能力强，效率高，灵活性及一致性好，显示内容丰富，打印输出方便，具有极高性价比，已被广泛地应用。

　　传感器静态特性的测量及计算

　　由计算机系统构成虚拟测试仪器，完成对传感器静态特性的分析，实现了快速、准确、灵活、可靠的目的

　　对于一个传感器特性循环试验，在取5个校准点时，测量点的分布见表1。

　　在实际测试中为保证测量可靠性，至少应重复实验3个循环，取5个校准点，共25个测量值。一般采用重复实验5个循环，取7个校准点，则共有61个测量值。由这些测量值来计算传感器线性度、迟滞性、重复性和静态误差。

　　基于PC的虚拟仪器

　　虚拟仪器的硬件

　　表1　测量点分布表

　　由分析可知，若想测量传感器的特性指标，则必需在各校准点给传感器输入校准信号，同时测量传感器的标准输出信号值，传感器的标准输出信号一般为4～20mA 或1～5V，而电流信号经采样电阻可转变为电压信号。传统的测量方法是用万用表测量并记录每次传感器的输出信号值，如今采用PC机加A/D扩展板卡来测量和记录传感器的输出信号，则可大大提高测量精度和测量速度，而且PC机具有极强的运算能力，可方便、灵活地计算和分析传感器的各项特性指标，具有极高的性价比。

　　目前，PC机都具有3个以上PCI扩展插槽，而且基于PCI总线的工业级模拟信号采集板卡种类繁多，大多可采集-10～+10V 范围内信号，而且采样精度从12位到16位、采样速度从每秒几万次到上百万次不等，作为工业产品其工作的稳定性和可靠性已得到共识，现已在工业监控领域中得到了广泛应用。

　　针对传感器测试精度高的特点，一般要求测试仪器精度应达到5×10-4。虚拟仪器采用普通PC计算机，扩展了台湾研华基于PCI总线的PCI-816模拟量采集板卡，板卡主要功能有：16路模拟信号差分输入、分辨率为16位、最大采样速度为100kHz/s、信号采样范围宽且可软件编程设定、支持软硬件触发、可编程选择中断等级和DMA 传送通道，另外，还具有16路数字量输入、输出。