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1  引言

連接在汽車傳動軸上的車速傳感器，用來反映汽車的速度，它的好壞直接關系到汽車行駛的質量，優質可靠的車速傳感器是汽車中必不可少的重要部件。以往國內對車速傳感器的檢測是靠人工使用示波器觀察來實現的，故效率低、精度差。現研制成功的這套汽車傳感器總檢系統，以工業控制計算機為工具，以計算機信息技術為手段，對車速傳感器的性能進行檢測與分析，并應用誤差分析理論，在檢測中解決了以前不能克服的誤差，使車速傳感器的出廠合格率確保在100%的水平。

2  系統的組成及工作原理

本系統采用計算機實時多任務分級控制系統，控制實現車速傳感器的運行工況，同時對車速傳感器的輸出信號進行采樣。軟件完成人機交換界面并且發送控制指令、數據采集、數據分析和統計、數據處理、系統自檢及維護、參數設置、數據庫維護等任務。系統主要組成部分框圖見圖1。

應用模糊推理功能實現PID參數自整定的控制器，是在常規PID控制器的基礎上，采用模糊推理思想，根據不同的輸入誤差和誤差變化率，對PID參數進行在線自整定的控制。因此，使調速系統的穩定性、響應速度、超調量和穩態精度等各方面特性得到了提高。程控電源內部是采用反饋閉環控制系統，通過單片

         
圖1   系統的組成框圖

機對輸入量在給定的穩態誤差內對輸出量進行調整。以上系統的輸入值與計算機的設定值之間形成對應關系。系統通過應用樣條插值法建立一種函數對應關系調試編程完成，實現對電壓及電動機轉速的精確調控。運用軟件的方法可以減少對硬件設備的需要，縮短產品的調試和開發周期。

示波卡是基于計算機ISA總線的虛擬測量儀器，它采用雙通道A/D工作方式，其A/D轉速頻率最高可達到40MHz，測量信號范圍為±20ｍＶ～±20Ｖ，測量誤差<滿度的1%，采樣深度為8792bit。通過計算機編程直接控制其硬件的操作，如交直流信號的切換、觸發模式、采樣頻率、是否濾波等，最終將結果送入計算機內進行處理。

控制指令通過操作按鈕輸入，再通過DI板(PC2812PG)傳送給計算機。計算機接收指令，按軟件設定的值，通過D/A(PCL728)帶正負電源的數模轉換器輸出給調速系統。調速系統根據給定值通過PID控制器控制電動機以給定值旋轉。同時，計算機通過另一個D/A數模轉換器向程控電源發送一個設定的電壓值。程控電源通過單片機控制向車速傳感器輸出穩定的工作電壓。此時車速傳感器在給定的工況下工作，輸出脈沖信號。示波卡在給定的采樣頻率下對信號采樣，其采樣數據送入計算機。計算機最后通過對測量數據的分析計算將結果在系統界面顯示并保存。

3        系統的主要測試項目及測試方法

3.1 測試項目及要求　

車速傳感器主要由一個八極磁鋼、霍爾傳感器和放大電路組成，如圖2所示。電機帶動磁鋼轉動時，因磁場的變化，每轉一圈霍爾傳感器產生8個脈沖波，經放大電路放大后輸出，用計算機對在不同轉速下的波形進行高速實時采集、分析，得出以下下7項數據，技術指標(以法國雪鐵龍汽車公司技術要求設定)是:

1)     頻率(3000ｒ/ｍｉｎ時)400Ｈｚ±1Ｈｚ;

2)     高電平11.2～12.2Ｖ±0.1V；

3)     低電平1.0～2.3Ｖ±0.1Ｖ;

4)     占空比50%±10%;

5)     上升時間<100μｓ;

6)     下降時間<100μｓ;

7)     周期精度<10%。

圖2   車速傳感器的組成

3.2   誤差分析

按照誤差的性質和特點，誤差可分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差三類。下面的討論主要圍繞著測量數據的頻率和幅值，如何減小系統誤差和隨機誤差。

系統誤差的消除系統誤差是由固定不變的或按確定規律變化的因素所造成，這些誤差因素是可以掌握的。在本系統中計算頻率的系統誤差主要是由D/A轉換的非線性所引起的。本系統根據示波器的校正結果使用軟件方法對D/A輸出進行線性化處理。

隨機誤差是由很多暫時未能掌握或難以掌握的微小因素所構成。經分析本系統中構成隨機誤差的因素主要有以下幾方面: 1)測量裝置方面的因素: 如電機與車速傳感器之間配合的不穩定性。2)環境方面的因素: 如電機旋轉產生電磁場對波形數據的干擾。3)方法方面的因素: 計算時產生的舍入誤差。因這些噪聲頻譜往往很寬，且具有隨機性，采用硬件防干擾措施只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統，故除了采取硬件防干擾方法外，還要采取軟件防干擾措施，即可以通過數字濾波技術剔除虛假信號，求取真值。

本系統采用防脈沖干擾平均值濾波法，即將Ｎ個采樣數據中的最大值和最小值去掉，然后計算Ｎ-2個數據的算術平均值。而Ｎ太大會降低測量速度，太小又會使波形失真，因此在實際取值時是根據采樣頻率的大小，使用示波器對比調試而定。

3.3 波形分析的實現

測試車速傳感器參數時，軟件設定用4096個采樣點對其旋轉1周所輸出的信號進行采樣。則有:f2 =4096×f1、ｔ=1/f2，其中f1為電動機旋轉頻率（為設定值），f2為采樣頻率，ｔ為采樣間隔時間。在進行數據采集時t是不變的，這樣波形分析就變成對采樣點進行計算。所以，程序的難點在于如何正確的找出波形的4個跳變點。

在計算參數時可通過遞推平均法追蹤矩形波的取值起點，即將Ｎ個測量數據看成一個隊列，隊列的長度為Ｎ，每取一次值，就把其放入隊尾，而扔掉原來隊首的數據，這樣隊列中始終有Ｎ個值，對Ｎ個值求平均值并保存為Ｎ1，再進行下一個計算保存為Ｎ2，取其差值Ｎ3=|Ｎ1-Ｎ2|，設定一個誤差值δ，如果Ｎ3∈[-|δ|，+|δ|]，則認為剛扔掉的數據為高 電平或低電平的采樣起點。同理Ｎ3  [-|δ|，+|δ|]，則認為剛放入隊尾的數據為高

電平或低電平的采樣終點。

高電平Ｕｍａｘ可通過對高電平起點和終點的采樣數據取算術平均求得，同理可求出低電平Ｕｍｉｎ。

上升時間ｔ1可通過計算低電平終點和高電平起點之間的采樣個數ｎ，利用ｔ1=ｎ×ｔ求得。同理，可求得下降時間ｔ2、周期精度、占空比。

以上的測試參數，為保證測量的準確性，在實際測量時是經過多次測量求其平均值而得。

4        結語

   本檢測系統采用Visual C++ 6.0作為開發工具，以中文Windows 2000作為開發環境。使車速傳感器的生產歸于科學化，檢驗規范化，從而使國產車速傳感器的生產達到汽車工業的國際水平。系統實際運行一年多來，各項指標均達到或超過技術要求，并已通過驗收。目前的系統集數據采集、數據分析、波形顯示、數據保存、數據查詢打印于一體，屬于功能比較完備的檢測系統。

參考文獻：

【1】       侯國章.測試與傳感器技術.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,1998

【2】       楊惠連,張　濤.誤差理論與數據處理.天津:天津大學出版社,1992

【3】       周金萍,徐丙立等.Windows 系統編程.北京:人民郵電出版社,2002