[发明专利]一种无风洞虚拟热风速传感器测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无风洞虚拟热风速传感器测试装置，属于传感器性能测试技术。

背景技术

目前，人们对气象信息的依赖渗透到日常生活、生产的各个角落，在户外运动、野外探险、井下工作、高速公路路况信息监测等领域均需要及时、准确，并且便捷的对小范围内的气象信息进行获取。在影响人类生活的诸多气象信息中，风无疑是非常重要的一个。由于风速的不均匀性十分常见，同一地区两地相隔数百米就可能出现较大风速差异。为了更准确地检测风速，传统的价格昂贵、体积较大的传统风速计已无法满足这样的需求，而基于MEMS工艺的热风速风向传感器具有体积小、灵敏度高、价格低等一系列优点，尤为适合于大规模传感网节点的建设以及便携式、低成本的自动气象检测微系统的开发，但是目前的情况下，MEMS热风速风向传感器的性能检测和标定需要测试传感器在不同风速风向下的输出，以及传感器在不同工作环境下的性能(如不同温度湿度情况下)。传统的测试方式是在环境可控风洞中进行的，整个过程持续时间长，能耗非常高，而且需要设定传感器所处的环境温度，并且每隔一段时间需要记录传感器当前的参数值。在传统的传感器检测系统中，这些操作都是人工完成的，效率比较低，随着被测试的传感器数量增加，人工的风洞测试系统已经无法满足日益增长的工作量需求和低能耗环保要求。

虚拟仪器是通过软件程序将计算机硬件资源与用户自己定义的仪器硬件有机的结合起来，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量及控制能力结合起来成为一个测试系统，可以有效缩小仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理。基于虚拟仪器技术的测试系统具有低成本、功能灵活，构建容易等优点，因此将虚拟仪器技术应用于热风速传感器的测试系统中可以实现对热风速传感器的无风洞大批量低能耗测试。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无风洞虚拟热风速传感器测试装置，提高MEMS风速传感器的测试效率，实现对大批量传感器的性能自动测试和标定。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无风洞虚拟热风速传感器测试装置，包括测控中心、精密控温机构、成对的热探针、对准平台、直流探针、信号调理电路和数据采集卡，对准平台上设置有承片机构，承片机构用于放置热风传感器/晶元，通过对准平台调节热风传感器/晶元左右移动或转动；在测控中心内部设置有环境模型，环境模型为实际环境中热风速传感器表面的热温差与风速风向、环境温度和环境湿度之间的关系；根据环境模型，输出待测风速对应的热温差信号给精密控温机构，精密控温机构控制成对的热探针在热风速传感器表面建立待测风速产生的热温差，热风速传感器的输出信号通过直流探针、信号调理电路和数据采集卡反馈给测控中心，实现热风速传感器的测试、标定和校准。

可以在对准平台同时放置一个以上同型号的热风速传感器，测控中心同时向所有热风速传感器提供相同的待测风速对应的热温差信号，实现多个热风传感器的同时测试。

测控中心的软件系统可以采用图形化的编程语言LabVIEW编写，它提供了测试装置的自动控制、数据采集、存储、分析、显示及输出等功能。在测试过程中，首先由测控中心上的软件系统将风速风向、温湿度等物理环境参数经环境模型转换为对应的热温差信号；该热温差信号传送给精密控温机构后，通过成对的热探针加载到热风速传感器上，以模拟风洞对热风速传感器的作用环境。热风速传感器在不同热温差信号的作用下输出大小不同的电信号，该电信号通过直流探针传输给信号调理电路，信号调理电路对输入信号进行预滤波、隔离/放大、再滤波等处理，并转化为数据采集卡能够接受的电压或电流值，完成模拟信号到数字信号的转换，并将数字信号反馈给测控中心。测控中心对反馈信号进行分析和处理，最终由测得的电压/电流信号求出与被测对象相关信息的量值或给出其相应的状态。

有益效果：本发明提供的无风洞虚拟热风速传感器测试装置，相对于现有技术，具有如下优势：1、硬件设备与软件测试编程相结合，硬件装置安装简单，能够通过软件程序进行参数的配置，从而省去了手动配置带来的繁琐；2、使用基于实验数据的环境数值模型实现对传感器的大批量无风洞测试，降低了测试能耗和测试成本，提高了测试效率；3、利用计算机高速的数据计算和数据处理能力，可以大大的提高测试系统的运行速度和可靠性；4、整个系统既可以实现已经封装的传感器的单独标定，也可实现晶圆级大批量传感器的片上校准。

附图说明

图1为本发明硬件部分的结构示意图；

图2为本发明软件部分的实施流程图。