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组合汽车继电器特性的测试技术及系统研究 摘要 组合汽车继电器在汽车电器开关中占有重要地位，其产品质量直接影响到 汽车驾驶的安全性，因此在设计与生产中必须对其各项参数进行严格测试。本 课题充分研究了组合汽车继电器的结构特点、参数特性，同时深入研究了国内 外测试技术的最新进展，并采用混合总线技术研制了基于虚拟仪器的组合汽车 继电器自动测试系统。 本文的主要工作及成果如下： 深入研究了组合汽车继电器的结构及其电参数特性：提出各项电参数 的测量方法并设计了测试电路；实现了基于p c i 和g p i b 混合总线的 组合汽车继电器虚拟仪器自动测试系统，并讨论了测试系统的硬件组 成结构及各种仪器设备的具体性能、技术指标及程控特性等。 详细研究了基于虚拟仪器的测试系统中对多种程控设备的控制方法及 系统中的同步方法( 负载电源的模拟电压控制方法、工业控制计算机 与g p i b 设备的通信方法：模拟通道采样的同步方法、测试程序中数 据流的同步方法等) 。讨论了测试系统中采用的各种抗干扰措施，并 分析了各项电参数的测试结果。 编制了组合汽车继电器虚拟仪器测试系统软件，分析了各项电参数的 测试流程及程序：阐述了测试软件通用功能，如测试数据及波形的显 示、输出、保存的实现方法，并详细讨论了测试软件与其它w i n d o w s 应用程序的接口方法等。 该虚拟仪器系统经过实际运行证明参数测试准确、系统运行可靠，达到 了预期设计目标。 关键词：组合汽车继电器虚拟仪器自动测试系统g p i bl a b v i e w 、 i r e s e a r c ho nt e s t t e c h n o l o g y a n d s y s t e m o f c h a r a c t e r i s t i c so ft h e c o m b i n e da u t o m o b i l e r e l a y s a b s t r a c t c o m b i n e da u t o m o b i l er e l a y sa r ei m p o r t a n tp a r t so ft h ee l e c t r i c a l a p p l i a n c e s i nt h ea u t o m o b i l e ，a n dt h e ym u s tb ed e s i g n e da n dt e s t e ds t r i c t l yi no r d e rt op r o t e c t q u a l i t yo fr e l a y s n e wt e s tt e c h n o l o g yw a sr e s e a r c h e di nt h et e r mo fr e s e a r c ho n t e s t t e c h n o l o g yo fc h a r a c t e r i s t i c so ft h e c o m b i n e da u t o m o b i l e r e l a y ，a n d a p p l i e d t ot h ea u t o m a t i c t e s t i n gs y s t e m o ft h ec o m b i n e da u t o m o b i l e r e l a y s s u c c e s s f u l l y - t h em a i nw o r ka n dc o n t r i b u t i o n sa sf o l l o w ： f i r s t l y ，w er e s e a r c h e dt h es t r u c t u r ea n de l e c t r i cp a r a m e t e r so ft h ec o m b i n e d a u t o m o b i l er e l a y s c a r e f u l l y ，p u t f o r w a r dt h et e s tm e t h o d sa n dd e s i g n e dt h et e s t c i r c u i t so ft h e s ep a r a m e t e r s ，o w i n gt og o o dp l a n s ，t h ea u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m b a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n tw a sr e a l i z e d s u c c e s s f u l l y s e c o n d l y ，i t w a sd e s c r i b e di nt h ed i s s e r t a t i o nt h a tt h es t r u c t u r ea n d c o m p o n e n t s o ft h ev i r t u a li n s t r u m e n t s y s t e md e a l i n g w i t ht h ec o m b i n e d a u t o m o b i l er e l a y sb a s e do np c ia n dg p i b i na d d i t i o n ，w ea n a l y z e dc h a r a c t e r i s t i c s o fe v e r yi n s t r u m e n to ft h et e s ts y s t e m a sk e yp r o b l e m s ，t h ec o n t r o l ，c o m m u n i c a t i o na n ds y n c h r o n i z a t i o n ，s u c ha s r e l a ya r r a y s c o n t r o la n dg p i bc o m m u n i c a t i o n ，o ft h ev i r t u a li n s t r u m e n ts y s t e m w e r ed i s c u s s e dc a r e f u l l yi nt h ed i s s e r t a t i o n w ea l s od i s c u s s e ds o m ea n t i - j a m m i n g s o l u t i o n so ft h es y s t e m f i n a l l y ，w ed e s i g n e dt h et e s ts o f t w a r ea n da n a l y z e df l o wc h a r t so fi m p o r t a n t f u n c t i o nm o d u l e s ，r e a l i z a t i o no fg e n e r a l f u n c t i o nm o d u l e sa n dt h e i n t e r f a c e m e t h o d sb e t w e e nl a b v i e wa n do t h e rw i n d o w sa p p l i c a t i o n s t h e nt h et e s tr e s u l t s w e r es h o w na n da n a l y z e di nt h ed i s s e r t a t i o n i nc o n c l u s i o n ，w er e a c h e dt h ed e s i g nt a r g e t so ft h et e s t i n gs y s t e ma n dt e s t e d t h ee l e c t r i cp a r a m e t e r so ft h ec o m b i n e da u t o m o b i l er e l a y sa c c u r a t e l y 。 k e y w o r d s ：c o m b i n e da u t o m o b i l er e l a y sv i r t u a li n s t r u m e n t a u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e mg p i bl a b v i e w 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得金目墨王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文储擗l 橼签字啉肿f 叻日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目b _ 王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权- - - “e l 匿王些塞堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索。可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名荸私 签字日期：b 咩年f 月 o 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名； 泖勺 签字日期：御年，月? 蕾日 电话： 邮编： 致谢 匆匆三载，研究生生活即将结束，这三年是影响我人生的重要时期。尽管 其间有快乐、有悲伤，但是，这三年的宝贵经历与各种尝试无疑会对我今后的 人生产生重大且深远的影响。研究生阶段中，在工作、生活的各个方面我都受 益匪浅，除了自己付出努力，更多的是来自老师、同学及家人的支持与帮助。 首先要感谢我的导师鲁昌华教授。我在本科时期就是导师的学生，并得到 了导师的悉心指导。研究生阶段的学习和生活中，更是得到了导师的严谨指导 与无微不至的关怀，在导师的支持与教导下，我克服了学习和生活中的许多困 难。硕士课题与本篇论文均是在导师的精心指导和亲切关怀下完成的。鲁老师 以渊博的知识、丰富的实践经验、严谨的治学和开朗的生活态度深深地感染了 我，激励着我克服困难、执著进取。 特别感谢刘勤勤老师、罗会昌教授以及姜洪研究员，这几位老师在我的课 题研究阶段，以深厚的理论修养、丰富的实践经验给予我许多非常宝贵的指导， 学到很多书本之外的知识。同时，他们严谨的治学态度和执著的敬业精神也深 深地影响了我。 感谢智能测试研究室的高翠云、赵岩岭、韩静同学，以及已经毕业的章其 波、黄志文和蒋薇薇同学。在对课题研究和论文撰写过程中，他们在许多问题 上给我提出了宝贵的意见，并在课题实验中为我创造了良好的条件，感谢他们 对我的无私帮助。 最后，要感谢我的父母和爱人。多年来，无论在我的生活还是学习，以及 其它任何事情上，他们都给了我最无私的爱、最彻底的支持与鼓励。是他们教 会我积极生活、永不言败! 他们是我努力奋斗、执著追求的原动力! 在我即将 研究生毕业的重要时刻，我要向我的父母与爱人表示我无法用语言表达的感谢! 曹源 2 0 0 4 年5 月1 0 日 1 1 自动测试系统的发展概况 第一章绪论 随着科学技术的快速发展，今天的测试领域面临着许多新的挑战。测试内 容只趋复杂，测试工作量急剧增加，对测试设备在功能、性能、测试速度、测 试精度等方面的要求也日益提高。与此同时，计算机技术、微电子技术、数字 信号处理等先进技术的发展，又极大地推动了电子测量技术与仪器的不断进 步，甚至引起了测试理念的巨大变化。 ， 新的测试技术往往会迅速在自动测试系统中反映出来。通常把在最少人工 参与的情况下能自动进行测量、数据处理并输出测试( 量) 结果的系统称为自 动测试系统。自动测试系统是将检测技术与计算机技术和通信技术有机结合 在一起的产物。其研制工作可以追溯到二十世纪五十年代甚至更早一些，只是 到了六十年代，随着在系统中开始采用电子计算机，才真正可以构成比较完善 的自动测试系统。 5 0 年代初，仪器仪表技术取得了突破，数字技术的出现使各种数字仪表 得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测 试自动化打下了良好的基础。6 0 年代中，测试技术又取得了重大进展，计算机 的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的测试转变成整个系统的 特征参数测试：从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输 出；从单个仪器进行测量转变成用测试系统进行测量。这时的自动测试系统多 为专用系统，是针对某项具体测试任务而设计的。它主要用于要求大量重复测 试、要求可靠性高的复杂测试、或者为了提高测试速度及工作于测试人员难以 停留的场合。第代测试系统可以完成大量的、复杂的测试任务，在测试系统 功能丰富、性能提高、使用方便等很多方面比人工测试有明显改进，甚至可以 完成一些人工测试无法完成的任务，显示出很大的优越性1 2 , 3 j 。 但是，设计和组建第一代测试系统也存在许多困难，主要是系统组建者需 要自行解决仪器与仪器、仪器与计算机之间的接口问题。当系统比较复杂，需 要程控的设备较多时，系统研制的工作量非常大，所需费用也较为昂贵。更重 要的是，这种结构的测试系统适应性不强，改变测试内容一般需要重新设计电 路，即它的接口电路不具有通用性这是第一代自动测试系统最主要的缺点。 因此，很快就发展了采用标准化通用接口总线的第二代自动测试系统。 进入7 0 年代，计算机技术进一步发展，自动测试系统解决了标准化的通 用接口总线问题，进而使自动测试系统进入了被广泛应用的第二代。在这种自 动测试系统中，各种设备都采用标准化的接口和总线连接起来。系统中的各种 设备，包括计算机、可程控仪器、町程控开关等均配以标准化的接口功能电路， 用统。的无源总线联接起来。这种系统组建方便，设计者不需要自己设计接口 电路，更改或增加测试内容也很灵活，使用完毕后分拆容易，拆散后的计算机 及其它仪器又可移做它用，显示出很大的优越性，因此得到了广泛的应用。 g p i b 是一直被广泛使用的一种可程控测量仪器接口系统，它在1 9 7 2 年由 美国h p 公司首先提出。以后陆续为美国电气与电子工程师学会( i e e e ) 及国 际电工委员会( i e c ) 接受，并正式颁布了标准文件。这套系统在美国常称为 e e e 4 8 8 、g p i b 或h p i b ，在欧洲和同本常称为g p i b 或i e c 6 2 5 ，名称不尽相 同，但基本内容一样，只是作为国际电工委员会标准i e c 6 2 5 的总线系统比 i e e e 4 8 8 标准及h p i b 多一条地线。 除了g p i b 接口系统，还存在些其它的通用接口系统。例如c a m a c 系 统( 即i e e e 5 3 8 系统) ，又称为计算机辅助测量与控制接口系统，它主要用于 核物理中的电子测量系统或其它较大型的自动测试系统，也可以和g p i b 系统 组合起来使用。此外，r s 2 3 2 是一种串行接口系统，这种接口除了用于设备间 传递信息外，还可与通信线路等连接，经过一定的变换进行远距离的数据传输。 第一、二代自动测试系统虽然比人工测试显示出前所未有的优越性，但是 在这些系统中，计算机并没有充分发挥作用，整个系统和它的工作过程还是对 人工测试的模拟。八十年代中期提出了第三代自动测试系统的概念，它把计算 机和测试系统更紧密地结合起来。在第三代自动测试系统中，可以用强大的计 算机软件替代传统仪器的某些硬件。特别是，在这种系统中可以用计算机直接 参与测试信号的产生和测量特性的解析，即通过计算机直接产生测试信号和完 成测试功能。这样，仪器中的一些硬件甚至整个仪器都可以从测试系统中消失， 转而由计算机及其软件来完成它们的功能，这就是所谓的虚拟仪器。 虚拟仪器的出现给电子测量领域带来了真正革命性的冲击，在测量原理、 仪器设计等很多方面都产生了重大的影响。从1 9 8 6 年美国国家仪器公司( 以 下简称n i ) 第一次提出虚拟仪器概念至今，虚拟仪器获得了广泛的认同和采用。 充分发挥计算机的巨大优势，用计算机的软、硬件资源替代测量仪器中的大量 硬件，无疑是电子测量发展的一个重要方向。 1 2 虚拟仪器及k a b v i 酬 1 虚拟仪器的基本概念 一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应 用软件、低成本的硬件( 例如插入式板卡) 及驱动软件，它们在一起共同完成 传统仪器的功能。们。虚拟仪器是在计算机硬件、软件和总线技术与测试技术、 仪器技术结合的基础上发展起来的，它的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、 模式和结构，同时也改变了人们的仪器观。虚拟仪器本质上是一个开放式的结 构，它的核心思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件 化，以便最大限度地降低系统成本、增强系统功能与灵活性。虚拟仪器代表着 从传统以硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性的转变。 基于p c 机的虚拟仪器系统，自出现以来就充分利用了p c 机所带来的最 新技术。功能强大的处理器、操作系统等科技和性能上的优势迅速缩短了独立 的传统仪器和p c 机之问的距离。与传统仪器相比，虚拟仪器具有很多独特的 优势。 + 独立的传统仪器，例如示波器和波形发生器，性能强大，但是价格昂贵， 且被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，因此，用户通常不能 够对其加以扩展或定义其功能。仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能够使 用的功能对这台仪器来说都是固定的。另外，开发这些仪器还必须要用专门的 技术和高成本的元器件，从而使它们价格昂贵并且很不容易更新1 6 j 。 除了专用的元件和电路，独立式传统仪器的基本框架其实类似于基于p c 的虚拟仪器。两者都需要一个或多个微处理器、通讯端口( 如串1 2 1 、g p i b 接 口) 、显示功能及数据采集模块。其根本区别在于两者不同的灵活性，用户能 否根据各自不同的要求对其进行修改和扩展。一台传统仪器可能包括一套集成 电路用于实现特定的数据处理功能；而在虚拟仪器中，只需在p c 处理器上运 行软件程序即可实现这些功能，而且，用户还可以在软件功能范围内方便地对 这些功能加以扩展。 2 虚拟仪器系统的结构 虚拟仪器系统通常由硬件接口与设备、设备驱动程序和应用程序组成。其 中硬件与接1 2 1 可以是各种以p c 机为基础的内置功能卡、g p i b 接口卡、v x i 或p x i 总线仪器接口等设备，或是其它各种可程控的外置测试设备。目前，虚 拟仪器已经发展成具有g p i b 、p c i 、v x i 、p x i 四种标准体系结构的开放技术。 虚拟仪器系统的基本结构框图如图1 1 所示。 通过g p i b 接口技术，不同生产厂家的各种仪器设备可以方便地组成自动 测试系统。由于在g p i b 自动测试系统发展的初期，用户在实现仪器与计算机 之间的通信时，必须要把大量的时间和精力花费在熟悉各种仪器的编程上，因 此很多g p l b 仪器停留在单台手动工作方式，极大地浪费了g p i b 仪器资源。 近年来虚拟仪器技术的迅速发展则为g p i b 自动测试系统的组建提供了良好的 丌发平台和仪器驱动程序，使g p i b 系统成为虚拟仪器系统的一种重要结构并 获得更为广泛的应用。 基手p c i 总线、v x i 总线和p x i 总线的虚拟仪器系统也由于所采用总线 的不同而各具特点与应用范围。p c i 总线与传统的i s a 总线相比，具有传输速 率高、支持3 2 位处理器、支持d m a 、即插即用等优势。如今的p c 机中必备 有p c i 插槽，因此，对基于计算机的虚拟仪器系统，采用基于p c i 总线的内置 功能卡是构建虚拟仪器系统的很好途径。 障 图1 1 虚拟仪器系统的基本结构框图 1 、 v x i 总线被称为先进仪器总线，是v m e 总线的仪器扩展总线，1 9 9 3 年被 批准为i e e e i l5 5 标准，成为开放式工业标准。其总线制作在机箱底板上，微 机总线部分按v m e 总线标准设计，仪器专用总线在吸收i e e e 4 8 8 标准的基础 上，增加了l o m h z 时钟线、模拟和数字混合总线、星形总线等高速总线，定 时关系严格，兼有计算机总线和仪器总线的优点。 p x i 总线是c o m p a c tp c i 总线在仪器领域的扩展，是n i 公司1 9 9 7 年公开 发布的一种开放式工业规范。其最主要的电气规范由p c i 总线发展而来，同时 对电源、空气冷却装置、抗电磁干扰和恶劣环境的结构等做了规范，在底板上 定义了多种仪器专用线，包括用于多板同步的触发总线和1 0 m h z 参考时钟、 用于进行精确定时的星形触发总线以及用于相邻模块间高速通信的局部总线， 从而满足测试用户的更高需求1 8 】。 虽然较为常用的虚拟仪器系统是基于p c i 总线的数据采集系统、g p i b 仪 器系统、v x i 仪器系统、p x i 仪器系统以及它们之间的各种组合，但是串行口 设备，现场总线设备也可以归入虚拟仪器系统，因为从测试系统构成要素的角 度来看，所有的过程控制系统及工业自动化系统均可以归纳到虚拟仪器系统框 架中来。 3 l a b v i e w 概述 研究虚拟仪器技术，就有必要研究l a b v i e w ，它是实验室虚拟仪器集成 环境( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) 的简称，是美国 n i 公司的创新性软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化 软件丌发环境。 l a b v i e w 概念的雏形源于一个大型测试系统的开发，来自测试系统的启 示被发展成测试系统软件应由多层虚拟仪器构成的新概念，即虚拟仪器软件的 分层体系概念。一个虚拟仪器可以由更底层的多个虚拟仪器组成，各层的虚拟 仪器都有相同的结构形式，就像真实仪器由印制电路板组成，而印制电路板又 由集成电路组成样。 虚拟仪器模型的另一个主要特征是每一个虚拟仪器都有一个用户接口组 件( 虚拟仪器前面板) ，也就是与实际仪器面板相对应的软面板。虚拟仪器的 前面板接口是整个软件模型不可分割的一部分，用户通过前面板就可以在系统 的任何层次上与虚拟仪器交互，并且对前面板对象的设计与修改均不涉及程序 结构和源代码的变化。虚拟仪器除了具有易操作的前面板，在编程技术上也不 同于其它基于文本的编程语占，它是基于结构化数据流程图模型的编程语言。 因此，虽然l a b v i e w 本身是一个功能比较完整的软件开发环境，但它是 为替代常规的b a s i c 或c 语言而设计的，l a b v l e w 是编程语言而不仅仅是一 个软件开发环境。作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外，l a b v i e w 具备语言的所有特性，因此叉称之为g 语言。 g 语言是l a b v i e w 的核心，熟练掌握g 语言的编程要素和语法规则，是 开发商水平l a b v i e w 应用程序最重要的基础。同时，虚拟仪器概念是l a b v i e w 的精髓，也是g 语言区别于其它高级语言最显著的特征。正是由于l a b v i e w 的成功，才使虚拟仪器的概念为学术界和工程界广泛接受；反过来也正是因为 虚拟仪器概念的延伸与扩展，才使l a b v i e w 的应用更加广泛一j 。 1 3 课题概述 本课题名为组合汽车继电器特性的测试技术及系统研究，来自厦门宏发电 声有限公司( 福建省科技厅产学研项目) 。 1 课题的研究意义 组合汽车继电器是根据人机工程设计的综合开关，在汽车电器开关中占有 重要的地位，并在国内外汽车上得到了日益。广泛的应用。据有关部门统计，2 0 0 3 年预计我国汽车产量为3 0 0 万辆( 台) 左右，每辆汽车上装有组合汽车继电器 约1 1 只，因此组合汽车继电器拥有巨大的产量与用量。 由于组合汽车继电器的用量大、使用范围广，它的综合性能及产品质量的 优劣直接影响到汽车驾驶的安全性和舒适性，因此在设计与生产中必须对其进 行严格的测试。目前，汽车制造业先进的国家要求所有的组合汽车继电器必须 经过相应自动测试系统的测试，以避免人工检测中可能产生的误检与漏检，最 大程度e 保证器件质量。但是我国目前针对组合汽车继电器的自动测试系统相 对较少，因此研究组合汽车继电器的测试技术并构建相应的自动测试系统具有 重要意义与应用价值。 2 本课题的主要任务 通过对国内外现状的了解，可以看出对组合汽车继电器的测试技术进行研 究并将研究成果转化为实用技术，研制出高性能、低成本的自动测试系统具有 很重要的应用价值。 在本课题的研究中，我们深入研究了国内外最新的测试技术，并研制出一 套先进的组合汽车继电器电参数自动测试系统。本课题的主要研究内容是研究 虚拟仪器自动测试系统的各种结构，构建应用于组合汽车继电器的虚拟仪器系 统；研究基于p c i 总线和g p i b 总线的混合总线虚拟仪器系统的实现；研究组 合汽车继电器各种电参数的测试方法并设计测试电路；研究图形化编程语言 l a b v i e w 及其设计测试软件的方法，并编制相应的测试软件，实现工业控制 计算机与各种仪器设备的通信、对各项参数的测试以及测试软件的其它通用功 能等。本测试系统是对最新测试技术的应用与验证，同时更为生产出高质量的 组合汽车继电器提供了技术保证。 6 第二章组合汽车继电器电参数及其测试方法 本课题的研究对象是组合汽车继电器。它是一种机电结合的自动电气开 关，能够在电子线路的控制下动作，自动切换被控制的电路。 2 1 组合汽车继电器的电气参数 组合汽车继电器的种类繁多，不同厂家的产品因所用元器件和继电器结构 的不同，参数也不尽相同。本文所研究的组合继电器有三个种类七种型号，其 分别为闪光控制继电器、雨刮间歇继电器以及延时继电器( 油泵控制器) 。深 入研究继电器的结构特点及各项参数的测试标准是进行准确测试的前提。各种 组合汽车继电器的待测电参数定义如下。 1 闪光控制继电器电参数 起动时间：继电器4 9 a 引脚接上灯泡负载到灯泡正常发光的时间。 闪光频率：继电器的动作频率，单位为次分( c m i n ) 。 通电率：继电器4 9 与4 9 a 接通的时间占个周期的比率。 触点电压降：13 5 v 工作电压、2 5 a 负载电流下，4 9 与4 9 a 接通时这两端 的电压降。 2 。雨刮间歇继电器电参数 刮水时间：引出脚i 加规定工作电压后，继电器常开触点接通的时间。 间歇时间：雨刮控制继电器的引脚i 加规定的工作电压后，继电器常开触 点断开的时间。 清洗起动时间：雨刮控制继电器的引脚5 3 e 加规定的工作电压到继电器常 开触点闭合的时间。 电压降：l3 5 v 工作电压，2 5 a 负载电流下，触点接通的时间。 3 延时继电器( 油泵控制器) 电参数 延时时间：继电器输入回路8 5 、8 6 脚加规定工作电压开始到继电器触点 接通的时间。 动作电压：继电器输入回路8 5 、8 6 脚输入电压逐渐增加( 每次o 2 v ) 到 继电器吸合时的电压，输入电压每增加一次输入要等待足够长的时间。 释放电压：继电器输入回路8 5 、8 6 脚加规定工作电压，待触点吸合后逐 渐减小8 5 、8 6 两端电压时，触点释放时的电压。 2 2 组合继电器主要电参数的测试方法 选择正确的测试方法是进行准确测试的前提。虽然被测的电参数较多，但 多种电参数基本可以分为继电器时问参数、 电器动作电压、释放电压几大类进行测量。 4 i 同的测试方法进行测量。 2 2 1 组合继电器时间参数的测量方法 动作参数、继电器触点电压降及继 针对不同种类的电参数，需要采用 继电器是一种通断转换控制元件，具有自动控制和起保护作用的性能，其 各项时间参数的大小常与其控制或保护性能密切相关。因此，正确测量继电器 的时问参数非常重要。 组合继电器的时间参数一般可以分为动作频率( 周期) 、动作时问等。其 中动作频率( 周期) 参数主要为闪光继电器的闪光频率、通电率，雨刮器的刮 水时间、间歇时间。动作时间则是在规定电压或电流条件下，继电器吸合过程 或释放过程所经历的时间，待测的动作时间主要包括闪光器起动时间、雨刮器 清洗起动时间以及延时器的延时时间。 观察继电器各种时间参数的特点，可以将其归纳为对信号频率( 周期) 及 信号时间问隔的测量。在本测试系统中主要采用计数法对其进行测量，测量精 度高、速度快。 计数法是目前测量频率( 周期) 及信号时间间隔最好的方法，其基本原理 就是在一定的时间间隔t 内，对周期性脉冲的重复次数进行计数，若周期性脉 冲的周期为t n ，则计数结果为 v ：三( 式2 1 ) 瓦 、 l 其原理框图如图2 1 所示，其工作波形如图2 2 所示。 i 二眶 图2 - i 计数法测试原理框图 周期为t a 的脉冲1 加到闸门的输入端，宽度为t 的门控信号2 加到闸门的控 制端控制闸门的开、闭时间，只有在闸门的开通时间t 内闸门才输出计数脉冲 3 到计数器进行计数。在闸门打开前计数器先清零，闸门关闭时，计数器的计 数值n 便依式( 2 - 1 ) 由t 和t a 决定。由式( 2 - 1 ) 可见，如果t ( 或t a ) 为 已知标准量，t a ( 或t ) 为未知待测量，那么由计数值n 和已知标准量t ( 或 t a ) 便可求得未知被测量t a ( 或t ) 。 暑 一毒k ：a t o k 一 ：t 2 圆2 - 2 计数法测试波形图 由于t 和t n 两个量中一个是己知的标准量，另一个是未知的被测量，它 们并不相关，t 不一定恰好是t a 的整数n 倍，即t 与n t a 之间有定的误差， 如图2 - 2 、所示。图中t l 是闸门开启时刻至系一个计数脉冲前沿的时间，a t 2 是 闸门关闭时刻至下一个计数脉冲前沿的时间。处于t 区间内的计数脉冲个数 ( 即计数器计数值) 为n 。出图2 2 可见 t = l + a t t 一f 2 = + 掣卜 协z ， = + 】l 其中，a n ：( a t l - a t 2 ) l 显然，0 s a t l l ，0 a t 2 兰l 。若a t 贝0 = l 、：若a t i = o ，2 = l ，贝ia n = 一1 ， 量化误差) 为 a n = 1 脉冲计数的最大相对误差为 = a t 2 ，则a n = 0 ；若a t j = 兀，a t 2 = 0 ， 因此脉冲计数的最大绝对误差( 又称 ( 2 3 ) 坐：土：互( 2 4 ) nnt 采用计数法测量信号的频率( 周期) 时，可以选用测频率模式，也可以选 用测周期模式，两者的区别在于是将已知的标准信号作为被测信号还是闸门的 门控信号。虽然周期是频率的倒数，只要测出一个就可以求得另外一个，从理 论上讲测周期与测频率是等效的，但是从实际测量效果来看，两种方法无论是 测量误差还是测量范围都不相同。经过分析可知被测信号的频率越低，采用 测周期法的精度越高。由于组台汽车继电器机械触点的动作频率较低。因此采 叫； 坠 置 用测周期法测量继电器的时间参数。 测量两路信号时间间隔的原理与测周期法的原理类似，因此，可以用相似 的方法测量组合继电器的动作参数，如继电器的起动时问及延时继电器的延时 f b j 等。 继电器时间参数的测量电路原理图如图2 3 所示， 调理信号 5 1 幽2 3 继电器时间参数的测量电路原理图 出 由图2 3 可知，测试点经过调理的信号通过光电隔离电路转换成标准t t l 信号，作为计数器的门控信号接至数据采集卡上2 4 位计数器的g a t e 端，由 被测信号控制计数器的起动和停止。计数器的时基信号采用数据采集卡上自带 的高精度时钟，由计数器的输出值即可求得继电器的动作频率( 周期) 。由于 计数器的计数容量大，内部时钟精准，因此可以实现对继电器动作频率等时间 参数的准确测量。 对于组合继电器的各项动作时间，如继电器的起动时间，本质上是测试两 路信号的时间间隔，也可以采用测周期方法的原理进行测试，与周期测试不同 的是，测试时由两路信号分别控制计数器的起动和停止，根据门信号内计数器 的计数值求得实际的动作时间。在具体实现时，需要将计数器与数字输入端口 组合使用，以测量两路信号的时问间隔。另外，也可以同时使用两路计数器， 由被测信号分别作为两路计数器的门控信号，根据两计数器的计数差值求得继 电器的动作时问。 2 2 2 组合继电器触点电压降的测量方法 开关电器中两导电体( 例如继电器的动静触头) 通过机械联接互相接触而 导电称为电接触。电接触是否良好对开关电器的性能具有多方面的影响，例如 接触不良可使接触点过热，可使触头的动热稳定性降低和接通短路电流时发生 熔焊等。而判断开关电器各连接部位的电接触是否良好最方便的方法是测量该 0 接触部位的接触电阻或接触电压降【1 4 ，”】。 两导电体以机械方式进行接触，在接触部位附近的电阻总是比同截面导体 的固有电阻要增大很多。这种由于两导体因接触而增大的电阻就称为接触电 阻，当一定l 乜流通过这个接触部位时，由接触电阻产生的电压降就称为接触电 压降。接触电阻一般非常小，因此，测量接触电阻与测量金属低电阻属于同一 范围。但是接触电阻的性质与会属电阻有很大的不同，对强电开关电器来说， 最主要的要求是在测量时加在触头上的电压和通过触头上的电流都必须足够 大，以减小触头上的薄膜对测量的影响。由于接触电阻上述的独特性质，因此， 测量接触电阻很少采用测量低电阻常用的凯尔文电桥，否则，有可能出现较大 的测量误差，原因主要是电桥所提供的加在触头上的电压和通过的电流都太 小。因此，具体测量时一般测量触头上的触点电压降，这种方法不但反映了触 点真正的工作状态，也更准确地反映出触头的接触电阻“。 由于接触电阻的阻值很小，一般为几毫欧到一欧姆左右，在规定电压及电 流下测量时，触点电压降也非常小。为了减少测试线路与被测继电器测试点接 触所引起的寄生接触电阻的影响，在测量继电器触点电压降时，常采用四端线 连接方法，将被测电阻的电压和电流端口分开，以大大地减小寄生接触电阻的 影响。四端线方法的测量原理如图2 - 4 所示1 1 ”。 图2 4 四端线方法的测量原理图“” 其中，r 。为继电器触点的实际接触电阻，r 。1 r 。2 ，r c 3 ，r 。4 为测试线 路四个接线端子的接触电阻，i + ，i 为电流端子，v + ，v 一为电压端子。测试时， 电流i 从i + 到i - 流经继电器的触头，该电流源必须能够给出顺从电压v 。，其值 等于： = ，( r c i + 咒。+ r 2 ) ( 2 - 5 ) r 。两端的电压e 比于流过它的电流。这个电压需由具有高输入电阻r i 。的仪 器来测量。当r 。和r 。，m 、r 。3 、r 。4 相比非常高时，该仪器量出的电压v i 。为： 肾m 可贵面 巧 由式2 - 6 可见用四端线方法测量继电器触点的电压降，极大的减少了测试线 路各端子上寄生接触电阻对被测触点接触电阻的影响，提高了测试精度。 秤本虚拟仪器系统中，测试点的电压经过调整接入数据采集卡p c i6 0 2 4 e 的模拟输入通道，由测试程序对采样数据进行处理，求得被测继电器的触点电 压降。出于测试电路中进行了电阻匹配，同时数据采集卡模拟通道具有1o o g q 的高输入阻抗，因此采用四端法测量继电器触点电压降时，数据采集卡的输入 电阻引起的误差非常小。同时，由于数据采集卡在设计中充分考虑了温度漂移、 系统噪声等多种因素，经过校准的数据采集卡引起的系统误差也非常小。因此， 采用虚拟仪器方式可以对继电器触点电压降进行准确的测量。 2 2 3 组合继电器动作及释放电压的测量方法 继电器的动作电压和释放电压是反映继电器性能的重要参数，动作电压为 继电器触点由断开变为吸合时输入回路的电压，释放电压为继电器触点由吸合 变为断开时输入回路的电压。 在对继电器的动作电压和释放电压进行测量时，一般可以有两种可选的测 试方法。第一种方法是将产品规范中动作电压的规定值直接加到被测继电器的 输入端，然后检测继电器是否接通，接通为合格，不接通为不合格。释放电压 的测量与吸合电压的测量类似。这种方法不需测出动作电压或释放电压的具体 值，较为简便快捷，但是由于没有测出具体值，不够精确1 2 。 第二种方法测量动作电压是将输入回路的电压从0 v 开始逐渐增大至继电 器导通时的值；释放电压是将输入回路的电压从规定值开始逐渐减少至继电器 由导通变为释放时的值。继电器动作电压的示意图如图2 5 所示。 0 v 图2 - 5 继电器动作电压示意图 第二种方法是测量继电器动作电压和释放电压的标准方法，但是缓慢地增 大或城小输入回路的电压直至继电器触点吸合或断开的过程涉及到g p i b 程控 步进电源输出电压的频繁调整，同时测试时间也过长，因此我们在具体测试时， 动作电压并不是从o v 开始步进增加，而是在多次试验后找到一个比较合理的 经验值，从这个值开始合理步迸增加输入回路的电压。若在测试中遇到低于经 验值就吸合的继电器，测试程序中设计了相应的步减分支，将输入回路电压先 继续降低，然后再缓慢增加。释放电压的测试过程与动作电压类似。动作电压 1 2 的测试流程如图2 - 6 所示，其测试结果如图2 - 7 所示。 ( 1 ) t 延时2 6 s 图2 - 6 继电器动作电压测试流程图 1 4 图2 7 继电器动作电压测试结果 第三章组合汽车继电器测试系统的硬件组成 3 1 测试系统的硬件组成 本组合汽车继电器自动测试系统是基于p c i 总线和g p i b 总线的混合总线 结构的虚拟仪器测试系统。整个系统由 1 。业控制计算机作为统一的硬件平台， 再配以内置的数据采集卡、数字输x 输出接l 1 卡、g p i b 接口卡及多种程控仪 器设备组成完整的虚拟仪器系统。系统的结构框图如图3 1 所示。 图31 组合汽车继电器电参数自动测试系统结构图 本测试系统的核心是一台工业控制计算机，工控机中的多功能数据采集卡 负责将测试线路上的信号送入计算机，也可以输出模拟信号或数字信号以对系 统中的各种设备进行控制。由于数据采集卡上的数字输入输出资源较少，系统 中使用了专门的数字输入，输出接1 2 1 卡扩展数字信号端口，以便于接收数字信号 或对开关阵列进行控制。g p i b 接口卡则用于实现工控机与g p i b 程控设备之间 的通信。 开关阵列由不同型号的继电器组成，负责本系统中各种线路切换动作的实 现。因为本测试系统一次装夹需要测量多只继电器，同时每项电参数的测试流 程、测试条件也不尽相同，因此不同工位上继电器的切换、不同电参数所用测 试线路的切换、以及各种电源、负载的接入与断开都非常频繁，需要通过专门 的丌关阵列实现这些动作。 在本测试系统的研制中，为了使系统具有更高的自动化程度，系统所需的 电源全部可以通过电压控制或g p i b 总线实现程控，同时测试用的负载也使用 l ，j 通过g p i b 总线程控的电子负载。由于各种设备均可自m 选择本地操作或程 序控制，此整个系统具有很好的灵活性。系统的实物如图3 2 与3 3 所示。 图3 - 2 组合汽车继电器综合测试仪主机柜 1 7 图3 3 组合汽车继电器测试台架 3 2 系统所采用的设备与器件 ( 1 ) 工业控制计算机系统：研华工业控制计算机一台，基本配置为1 7 g h z 主频、2 5 6 m b 内存、8 0 g b 硬盘、5 2 倍速光驱；三星u s b 接口激光打印机一 台。主要作为本测试系统的统一硬件平台及实现各种测试功能，包括对测试过 程进行控制、与多种智能设备通信、对开关阵列进行控制、实现仪器功能以及 对测试数据进行分析、保存、显示及输出。l ( 2 ) p c i 6 0 2 4 e 多功能数据采集卡：美国n a t i o n a li n s t r u m e n t s ( 以下简称 n i ) 公司e 系列多动能数据采集卡。其主要性能如下：具有2 路1 2 位模拟输 入通道，最高采样率为2 0 0 k s s ：两路1 2 位模拟输出通道；8 位数字输入输出 端口以及2 路2 4 位计数器；同时板卡自带高精度时钟并支持数字触发功能。 数据采集卡主要用于接收测试信号、输出控制信号及实现系统中的定时与计数 功能。 ( 3 ) p c i ，d 1 0 9 6 数字输入，输出接口卡：n i 公司生产的适用于p c i 总线计 算机的并行9 6 位专用数字输入输出接口卡。d 1 0 9 6 是完全免开关、免跳线的 1 8 接门 ，所有的资源配置在起动时自动进行，因此，用户不需要设置中断级别 和基地址。安装d 1 0 9 6 接口卡后，计算机就可以作为系统中的数字输入输出 控制器使嗣了。 ( 4 ) a x 5 4 8 8g p i b 接口卡：台湾艾迅公司生产的g p i b 接r 】卡，它是适 刚rp c i 总线计算机的完全符合i e e e4 8 8 标准的g p l b 接1 2 1 卡。安装a x 5 4 8 8 接口卡后，可以实现计算机与多种g p i b 程捧设备之间的数据交换。对于本虚 拟仪器系统中其它的内置插卡来说，a x 5 4 8 8 接口卡是第三方设备，在l a b v i e w 中实现通讯和控制时所用的方法与n i 公司生产的g p i b 接口卡有所不同。 ( 5 ) w w l 型直流稳压稳流电源：扬州双鸿电子有限公司生产的直流稳 压稳流电源，额定输出为2 0 v ，5 0 a 。电源的输出电压及电流可以从零至额定 值连续可调，并具有稳压稳流、过压过流保护、关机自动放电等功能。本直流 稳压电源在系统中用作被测继电器的负载电源。 ( 6 ) p p s 一3 6 3 5 g 可编程电源：台湾固伟公司生产的可编程电源。p p s 一3 6 3 5 g 额定输出为3 6 v ，3 5 a 。电源具有以下主要特点：精度高、稳定性高、漂移低； 操作简便，电压、电流均采用4 位半显示；具有自检及过压、过流保护功能； 带有前