新型自动化磁灵敏度测试装置的系统构架和解析

1、新型自动化磁灵敏度测试装置的系统构架和解析 摘 要：振动与冲击传感器的磁灵敏度是反映该传感器对交变磁场敏感程度的一项重要指标， 目前由我院自主研发的新型自动化磁灵敏度测试装置可用于该参数的精确测量，本文将重点介绍该测试装置的系统构架和实现原理。 关键词：振动冲击传感器；磁灵敏度测试；数据采集系统；软件构架 一、概述 振动与冲击传感器是一种通过感受机械运动振动参量（振动速度、加速度、频率等）并转换成可用输出信号的传感器，已经广泛应用于工业生产、环境保护、医学诊断等领域，特别是在航空航天和核工业中更是有它的特殊地位。 磁灵敏度是反映振动冲击传感器对交变磁场敏感程度的一项重要指标，它是指传感器在50

2、hz或60hz均匀磁场中输出的最大值与磁场磁感应强度的比值1。它的大小表征了交变磁场对传感器工作产生的不利影响所引起的传感器虚假输出，它将直接影响到测量结果的真实性。在某些场合，如在飞机上对传感器的安全性能要求非常高，对其磁灵敏度的要求就非常苛刻。特别在强磁场下，仅磁场引起的噪声输出就足以把待测信号淹没，如果将上述情形的传感器用于这样高要求的场合，由于磁场干扰的随机性，传感器的使用就存在着重大的安全隐患，由此更突显出对这一参数检测的重要性。 参照国家标准（gb/t 13823.4-1992振动与冲击传感器的校准方法磁灵敏度测试），目前由我院自主研发的新型自动化磁灵敏度测试装置采用“固定传感器，

3、旋转磁场”的测试方法，使传感器的附加振动得到消除，降低其测量误差，并充分考虑到对外部环境隔震措施，克服现行国际标准在测量中存在的缺陷并大幅提升测量精确度。本文将重点描述新型自动化磁灵敏度测试装置的系统构架和实现原理。 二、装置的系统构架和测量原理 装置采用嵌入式的控制系统，通过总线技术把测试平台的步进电机、电荷放大器、数字电压表与计算机有机结合起来。按构架图配置好硬件后，亥姆霍兹线圈（双线圈）与励磁电源相接产生匀强磁场，计算机通过发送脉冲信号给步进电机驱动器，使电机a带动双线圈旋转，电机b控制被测传感器旋转，经过电荷放大器与数字电压表测出传感器在空间各个方向上输出的有效电压值后传输至计算机采集

4、系统做数据分析。 a） 电机a带动双线圈缓慢旋转360，电压表测量电压输出值并传输至计算机（360个对应数值），采集软件记录并找出传感器在这一测试平面的最大输出值； b） 更换测试平面。电机b带动传感器旋转一个小角度，以15为例； c） 不断重复步骤a）和步骤b），当电机b控制被测传感器旋转360后，传感器在这些测试平面上的最大输出值均被找到； e） 遍历数据库比较各个测试平面的最大输出值，数值最大的即是传感器在该磁场中的最大输出。最后根据公式（1）可求出传感器的磁灵敏度。 （1） 其中：vb：传感器在磁场中的最大输出值；b：测试磁场的磁感应强度。 三、装置的软件构架和参数设置说明 上图简述了

5、该采集系统实现的基本功能，由于测量开始时需要靠固定脉冲驱动线圈旋转，线圈转动的同时电压表进行实时测量，所以测试系统软件启动时必须先初始化电压表和计算机之间的通讯，本例采用安捷伦34410a数字电压表和gpib转换器实现计算机和数表之间的交互，通讯步骤参照利用visacom通过82357b usb/gpib转换器所实现的安捷伦数控编程。3 软件启动后需要进行传感器参数设置，说明如下 （见图3列1） type：填写传感器型号； output unit：电荷放大器设定的放大倍数；no.：传感器出厂编号；unit：输出单位；sen：传感器灵敏度； b（t）：磁场强度，单位t； angle：传感器沿着灵

6、敏轴方向转动的固定角度，初始值为0，空间测量开始后会自动递增。注：在系统开始测量前要填写如上参数，用于数据计算和绘图成像。 四、数据测试和成像 当完成如上配置步骤后，即可点击“线圈测量”按钮来启动测量装置，测量进行的同时在test data feedback显示框内将会实时显示线圈旋转的角度以及传感器对应的输出电压。当测量结束后，点击“平面绘图”按钮（红6）就能查看传感器在磁场中输出的单平面极坐标图和正弦分布图，示例如下。注：传感器输出平面分布图用极坐标表示。极点o对应被测传感器；ox方向对应传感器的振动灵敏轴方向；极角对应磁场与传感器振动灵敏轴方向的夹角；极半径对应传感器在那一夹角方向上的输

7、出。 点击“自动测绘”按钮（红11），测量系统将进行传感器输出的空间测量。按钮正上方的显示框会显示本次测量的进度。计算机也可根据所有测试平面测试数据，绘制出传感器输出的空间分布图，如4图所示。注：测试过程需要注意双线圈的散热状况，通过外部的实时电流监控来保证磁场的稳定性。 在visual basic6.0编程环境中，传感器的磁灵敏度数据逐一从球坐标转换到笛卡尔三维坐标系，最后转为二维直角坐标系模拟三维成像。本例采用access作为数据库，通过遍历传感器的类型和出厂编号读取关于该传感器的所有实验数据来实现三维成像。注：系统筛选出所有平面输出中的最大输出值并绘图成像，其中j代表传感器沿灵敏轴旋转的

8、角度，k代表对应磁场与传感器振动灵敏轴方向的夹角。 五、小结 随着振动冲击传感器在各个行业的广泛应用，对磁灵敏度参数的检测也显得尤为重要。由于磁灵敏度测量时磁场引起的噪声输出容易把待测信号淹没，目前由我院承担制定的新国际标准iso16063-33中“传感器固定、磁场旋转”的测试方法，有效解决了现行国际标准存在的测量缺陷。该测试装置， 实现步进电机控制器，放大器，数字电压表与计算机的有机结合，满足新标准中规定的测试方法、测试步骤和测试所用仪器的所有技术指标要求。同时，它的研发满足了新标准制定时实验工作的需求，研究成果填补了相关领域的空白，并为确保标准制定的顺利进行提供了有力保障。 参考文献 1 gb/t 13823.4-1992， 振动与冲击传感器的校准方法磁灵敏度测试s. 2 iso16063-33， methods for the calibration of vibration and shock transducers-pa