一种测试技术实验实训平台

摘要

本发明涉及一种测试技术实验实训平台，包括承载台，以及固定设置于承载台上的多个工作模块，其中，传感器标定模块用于传感器的参数标定；传感器性能测试模块用于进行传感器的性能进行多项性能测试；测控电路模块包括多种测试电路与输入输出检测电路；单片机模块，包括可二次开发的单片机主板、外围接口电路，用于根据实际工程要求进行单片机设计；计算机模块，用于进行数据分析和数据预警；测量模块包括多种测量仪表，多种测量仪表与测控电路模块电连接。本发明具有系统性、分布式、模块化的特点，方便学生进行自主动手操作，实用性强。

说明书

技术领域

本发明涉及实验平台技术领域，尤其涉及一种测试技术实验实训平台。

背景技术

测试技术、传感器原理、仪器仪表电路、单片机等是机械、仪器、自动化等众多相关专业的必修课程，相关课程的教学内容以具体设备为核心、理论体系面广泛、工程应用性较强、学习难度较大，且实用性强，对实践环节的要求极高。

目前传统测试技术实验设备上的测量装置、传感器和处理电路都封装在机壳内，不能被学生接触、感知，导致教学过程枯燥无味，教学效果无法满足应用型人才培养的需要。综上，如何建立有效进行反馈的实验实训平台是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种测试技术实验实训平台，用以解决如何建立有效进行反馈的实验实训平台的问题。

本发明提供一种测试技术实验实训平台，包括承载台，以及固定设置于所述承载台上的传感器制作模块、传感器标定模块、传感器性能测试模块、测控电路模块、单片机模块、计算机模块以及测量模块，其中：

所述传感器制作模块，用于进行传感器的制作；

所述传感器标定模块，用于进行所述传感器的参数标定；

所述传感器性能测试模块，用于进行所述传感器的性能进行多项性能测试；

所述测控电路模块，包括多种测试电路与输入输出检测电路，所述输入输出检测电路用于对所述多种电路的输入电学特性、输出电学特性进行测量；

所述单片机模块，包括可二次开发的单片机主板、外围接口电路，用于根据实际工程要求进行单片机设计；

所述计算机模块，用于进行数据分析和数据预警；

所述测量模块，包括多种测量仪表，所述多种测量仪表与所述测控电路模块电连接。

进一步地，所述传感器制作模块，包括八角环、应变片、布片单元、粘贴单元、连桥单元，所述八角环用于在纯径向力的作用下进行受力分析，确定对应的最大应变点；所述应变片粘贴在所述八角环的四个粘贴面上，并根据全桥原理图将应变的引线焊接到所述八角环顶端的四个接线点上；所述布片单元用于学生完成电阻应变片的布片；所述粘贴单元用于学生完成电阻应变片的粘贴；所述连桥单元用于学生完成电阻应变片的连桥。

进一步地，所述传感器标定模块包括螺旋加力器，所述螺旋加力器包括加力装置、支撑底部、上圆盘、两个支撑杆、压力传感器以及带动装置，其中，所述支撑底部包括支撑座、下底盘，所述下底盘分别与两个所述支撑杆的底部、所述支撑座的底部固定连接，所述支撑座用于支撑所述压力传感器，所述压力传感器的上方依次设置有直径球、与直径球连接的凹槽螺母，所述凹槽螺母用于固定所述八角环的底部，两个所述支撑杆的上部穿过所述上圆盘，并通过平垫圈和六角螺母与所述上圆盘固定连接，所述带动装置包括内轴、销钉、内法兰、导向键、带内螺纹孔的外法兰，所述加力装置包括六角螺母、旋杆、螺杆，所述带内螺纹孔的外法兰、所述内法兰、所述销钉以及导向键配合使用，用以固定所述螺杆和所述内轴，使所述内轴在所述螺杆的带动下沿上下方向往复运动，所述内轴的底部设有挂钩，用于固定所述八角环的上部，所述螺杆的上部通过侧方设置的六角螺母与旋杆垂直固定连接。

进一步地，所述传感器性能测试模块包括电容式传感器实验单元、压电式传感器实验单元、霍尔式传感器实验单元、移相实验单元、检波实验单元、低通实验单元以及差动式传感器实验单元。

进一步地，所述测控电路模块包括加法运算电路、微分运算电路、减法运算电路。

进一步地，所述多种测量仪表包括示波器、信号发生器。

进一步地，所述计算机模块具体用于向所述单片机模块加载程序；还用于获取所述传感器制作模块、所述传感器标定模块、所述传感器性能测试模块、所述测控电路模块、所述单片机模块以及所述测量模块的多种实验数据，根据所述多种实验数据，判断学生实验操作是否规范。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在载物台上固定设置传感器制作模块，方便学生进行传感器制作的操作；在载物台上设置传感器标定模块，方便学生进行传感器的参数标定，保证学生进行标定的高效性；在载物台上固定设置传感器性能测试模块，方便学生进行传感器性能测试，加深对传感器性能测试的了解；在载物台上设置测控电路模块，方便学生对测控电路的原理和输入输出特性进行实验；在载物台上设置计算机模块，依据多个模块的信息进行数据分析和数据预警，方便学生的查看；在载物台上设置测量模块，与测控电路模块电连接，便于测量测控电路模块中不同电路的输入输出特性。综上，本发明将多个操作模块集成在同一载物台上，构建从传感器制作、传感器参数标定、传感器性能测试、测控电路、单片机开发等测试技术全生命周期知识体系，具有系统性、分布式、模块化的特点，方便学生进行自主动手操作，注重各专业知识之间的联系和应用，帮助学生更加有效地掌握所学知识，大幅提升对所学知识的运用能力。

附图说明

图1为本发明提供的测试技术实验实训平台的结构示意图；

图2为本发明提供的八角环和应变片的连接示意图；

图3为本发明提供的应变片的连接示意图；

图4为本发明提供的压电式传感器实验单元的连接示意图；

图5为本发明提供的螺旋加力器的装配结构正视图；

图6为本发明提供的螺旋加力器的装配结构侧视图；

图7为本发明提供的积分运算电路的结构连接图；

图8为本发明提供的幅度调制与解调电路的结构连接图；

图9为本发明提供的减法运算电路的结构连接图；

图10为本发明提供的加法运算电路的结构连接图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种测试技术实验实训平台，结合图1来看，图1为本发明提供的测试技术实验实训平台的结构示意图，上述测试技术实验实训平台包括承载台1，以及固定设置于承载台1上的传感器制作模块2、传感器标定模块3、传感器性能测试模块4、测控电路模块5、单片机模块6、计算机模块7以及测量模块8，其中：

传感器制作模块2，用于进行传感器的制作；

传感器标定模块3，用于进行传感器的参数标定；

传感器性能测试模块4，用于进行传感器的性能进行多项性能测试；

测控电路模块5，包括多种测试电路与输入输出检测电路，输入输出检测电路用于对多种电路的输入电学特性、输出电学特性进行测量；

单片机模块6，包括可二次开发的单片机主板、外围接口电路，用于根据实际工程要求进行单片机设计；

计算机模块7，用于进行数据分析和数据预警；

测量模块8，包括多种测量仪表，多种测量仪表与测控电路模块5电连接。

在本发明实施例中，在载物台上固定设置传感器制作模块2，方便学生进行传感器制作的操作；在载物台上设置传感器标定模块3，方便学生进行传感器的参数标定，保证学生进行标定的高效性；在载物台上固定设置传感器性能测试模块4，方便学生进行传感器性能测试，加深对传感器性能测试的了解；在载物台上设置测控电路模块5，方便学生对测控电路的原理和输入输出特性进行实验；在载物台上设置计算机模块7，依据多个模块的信息进行数据分析和数据预警，方便学生的查看；在载物台上设置测量模块8，与测控电路模块5电连接，便于测量测控电路模块5中不同电路的输入输出特性。

优选地，传感器制作模块2，包括八角环、应变片、布片单元、粘贴单元、连桥单元，八角环用于在纯径向力的作用下进行受力分析，确定对应的最大应变点；应变片粘贴在八角环的四个粘贴面上，并根据全桥原理图将应变的引线焊接到八角环顶端的四个接线点上；布片单元用于学生完成电阻应变片的布片；粘贴单元用于学生完成电阻应变片的粘贴；连桥单元用于学生完成电阻应变片的连桥。

作为具体实施例，本实施例在传感器制作模块2设置八角环、应变片、布片单元、粘贴单元、连桥单元，依次设置了相应的操作器件，完成传感器的完整操作，方便学生进行传感器制作的操作。

需要说明的是，本发明采用自制八角环作为弹性元件，八角环孔径50mm，高65mm，最大可承受1000N压力。应变片粘贴在八角环的四个粘贴面上，并根据全桥原理图将应变的引线焊接到八角环顶端的四个接线点上。应变片型号为BX120-5AA，电阻120欧姆，灵敏系数2.08％，栅长*栅宽5*3mm。

结合图2、图3来看，图2为本发明提供的八角环和应变片的连接示意图，图3为本发明提供的应变片的连接示意图，从图2、图3可知，八角环弹性元件实际上是由圆环演变而成，根据“材料力学”知识：一定壁厚的圆环，在单向径向力(例如压力)的作用下圆环各处的应变不同，其中在与作用力成39.6°处应变为零，此处称为应变结点。而在与作用力垂直的中心线上的外表面处为张(拉)应力，而环的内表面处为压应力，因此将应变片R1至R4牢固地粘贴在中心线上的内外表面时，R1、R4受张应力而R2、R3受压应力。本发明采用八角环代替，八角环在受纯径向力的作用时，应变最大位置也在与径向力垂直的水平线上，故应变片的粘贴如图2所示，其各片受力情况与园环相同，把弹性元件上贴的四片电阻片按全桥方式联接如图3所示，根据电桥理论，当电桥直流供电而R1·R3＝R2·R4时，电桥平衡的，当弹性元件受力变形时贴在敏感部位的电阻片也应相应的引起变形，此时R1＝R2＝R3＝R4＝120欧且四臂的电阻变化大小相同方向为相邻桥壁相反。而由于电阻变化与弹性元件的敏感部件应变相对应，而在弹性元件的弹性范围内其受力后的应变又正比于力的大小，因此电桥的输出与受力的大小成正比。

在本发明一个具体的实施例中，在布片单元的工作流程为：首先进行外观检查：检查基底是否破损，敏感栅是否有锈斑，引线是否有折断的危险，观察敏感机是否排列整齐，是否有气泡存在，如果上述条件不符合，则认为该片不合格；然后进行阻值测量：测量电阻值，剔出断路、短路者，保证同一组应变片的阻值相差在±0.3欧范围内。

在本发明一个具体的实施例中，在粘贴单元的工作流程为：为了使应变片粘贴牢固，需对被贴表面进行机械化学处理，处理范围应为应该片面积的三倍。首先去油污、锈斑、氧化膜等，然后用细砂布相对贴片轴向交叉450打磨，直到表面粗糙度为3.2左右。表面粗糙度过高或过低均影响应变片的粘贴牢固程度。经上述处理后，紧接着用浸有酒精或丙酮的砂布或棉球进行清洗，然后画出贴片定位线，再将浸有溶剂的砂布或棉球按一个方向擦洗(不要来回交替擦洗)，直至砂布或棉球上不见污迹为止。擦过的表面要避免再次被污染，待溶剂挥发，表面干燥后，立即涂胶贴片。如不能及时粘贴，隔段时间后必须重新清洗。在清洗过的八角环粘贴表面涂一层薄而均匀的胶水。然后迅速将应变片放在粘贴部位上(注意引线的方向)，用捏子把应变片调整至贴片位置(使应变片上的一对互相垂直的对称线对准所画的位置线)如图5，然后将塑料薄膜盖于应变片上，用手指柔合滚压(切忌前后搓动使应变片移位)，挤出多余胶水和应变片下之气泡，使应变片完全贴和，直至应变片贴牢为止(使用502胶水只需指压0.5-1分钟即可)。待自然干燥一段时间后，由应变片无引线一端开始向有引线一端揭掉塑料薄膜(用力)方向尽量与贴片表面平行，以免将片带起，然后把引线轻轻拉起(切勿用力过猛以防拉断引线)。

至此贴片基本结束，然后对贴片的质量进行以下几项检查：

1)基底或盖层有无破坏，敏感栅有无变形。

2)贴片有无引起断路。

3)粘结层中有否气泡和局部没有贴上的现象。

4)对测力环表面是否短路，其绝缘强度是否达到要求。(用兆欧表检查，要求在100兆欧以上)。发现上述问题，如无法排除则必须刮掉后经清洗再重新贴片，若经检查合格，则用小套管把引线套好。

在本发明一个具体的实施例中，在连桥单元工作流程为：根据工作原理把所贴四片，按顺序联成全桥，焊接时应注意切勿使引线折断，然后焊上引出线。再用套管保护所有焊线处，连桥后再次检查电阻值，如果R

优选地，传感器标定模块3包括螺旋加力器和应变式电阻传感器。作为具体实施例，本实施例利用螺旋加力器和应变式电阻传感器，进行有效的标定。其中，螺旋加力器尺寸优选为450*176mm。

优选地，结合图5、图6来看，图5为本发明提供的螺旋加力器的装配结构正视图，图6为本发明提供的螺旋加力器的装配结构侧视图。图5中，螺旋加力器包括加力装置、支撑底部、上圆盘108、两个支撑杆102、压力传感器116以及带动装置，其中，所述支撑底部包括支撑座117、下底盘118，所述下底盘118分别与两个支撑杆102的底部、所述支撑座117的底部固定连接，所述支撑座117用于支撑所述压力传感器116，所述压力传感器116的上方依次设置有直径球115、与直径球115连接的凹槽螺母114，所述凹槽螺母114用于固定八角环的底部，两个支撑杆102的上部通过所述上圆盘108，并通过平垫圈107和六角螺母106与所述上圆盘108固定连接，所述带动装置包括内轴112、销钉111、内法兰109、导向键110、带内螺纹孔的外法兰104，所述加力装置包括六角螺母101、旋杆102、螺杆103，所述带内螺纹孔的外法兰104、所述内法兰109、所述销钉111以及导向键110配合使用，用以固定螺杆103和内轴112，使内轴112在螺杆103的带动下沿上下方向往复运动，所述内轴112的底部设有挂钩，用于固定八角环的上部，所述螺杆103的上部通过侧方设置的六角螺母114与旋杆102垂直固定连接。图6中，六角头螺栓21、销钉20、六角螺母19配合使用，达到固定目的。

优选地，传感器性能测试模块4包括电容式传感器实验单元、压电式传感器实验单元、霍尔式传感器实验单元、移相实验单元、检波实验单元、低通实验单元以及差动式传感器实验单元。作为具体实施例，本实施例针对不同的传感器类型，设置不同的性能测试单元，以便学生进行不同传感器类型的性能测试，全面地掌握并区分不同类型的传感器的性能。

需要说明的是，传感器性能测试模块4中各个实验单元一般由RC正弦波振荡电路、方波转换电路、电桥电路等构成。传感器的不同类型包括箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、压电式传感器、光纤位移传感器(1mm)、K热电偶(室温～150℃)。

在本发明一个具体的实施例中，结合图4来看，图4为本发明提供的压电式传感器实验单元的连接示意图，以压电式传感器实验单元为例，其包括振动源、相敏检波器、低通滤波器、压电实验单元，其中，振动源包括承载台1中的震动台面中心的磁钢、应变片、压块、支座、其他传感器安装支架，压电实验单元包括压电检测电路，与压电式传感器实验单元电连接的测量模块8中的多种测量仪表包括信号发生器、直流稳压电源。其中，压电传感器安装在振动台面上，与振动台面中心的磁钢吸合，振动源的低频输入接信号发生器，压电传感器通过压电引线电连接至压电检测电路的信号输入两端，直流稳压电源电连接至压电检测电路的电源输入两端和低通滤波器的电源输入两端，压电检测电路的信号输出两端电连接至低通滤波器的信号输入端。在压电式传感器实验单元的测试流程中，将信号发生器调节为正弦波输出，设置输出幅度为零，频率在6～8Hz左右。检查接线无误。再调节低频振荡器的幅度使振动台明显振动(如振动不明显可调频率)。用示波器的两个通道(正确选择双踪示波器的“触发”方式及其它(TIME/DIV：在50mS～20mS范围内选择；VOLTS/DIV：0.5V～50mV范围内选择)设置)同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。

优选地，测控电路模块5包括加法运算电路、微分运算电路、减法运算电路。作为具体实施例，本实施例通过设置加法运算电路、微分运算电路、减法运算电路等常规电路，学生可有效掌握常规的测控电路的输入输出特性。

优选地，加法运算电路、微分运算电路、减法运算电路采用印制线路板制成，分别与多种测量仪表电连接。作为具体实施例，本实施例测控电路中的加法运算电路、微分运算电路、减法运算电路一般采用2mm厚印制线路板制成，可以方便的和电源、示波器、信号发生器等仪器仪表相连接。

需要说明的是，本测试技术实验实训平台中的测控电路模块5提供模块化定制的加法电路、减法电路、积分电路、微分电路、幅度调制与解调单元等常用测试电路及相关电路元件和配套芯片。同时，可开设仪器仪表电路各相关实验，帮助学生学习常见测试电路的输入输出特性，也可以根据实际的工程要求自行设计平衡电路、放大电路、检波电路、滤波电路等测试电路，平台所含仪器仪表可对电路的设计质量进行全面验证。通过该实验实训环节，学生可掌握测控电路设计原理、测试电路的输入输出特性等相关知识。

在本发明一个具体的实施例中，结合图7、图8、图9、图10来看，图7为本发明提供的积分运算电路的结构连接图，图8为本发明提供的幅度调制与解调电路的结构连接图，图9为本发明提供的减法运算电路的结构连接图，图10为本发明提供的加法运算电路的结构连接图。由此，设置多种电阻(R1至R4)、多种电容(C1至C2),通过在承载台上设置多种常规电路板块，方便学生了解常规电路的结构，并能快速地进行输入输出特性的测控。

优选地，多种测量仪表包括示波器、信号发生器。作为具体实施例，本实施例固定设置多种示波器和信号发生器，用于与测控模块进行连接测量，保证测控模块中多个电路的输入输出特性的准确测量。

优选地，计算机模块7具体用于向单片机模块6加载程序；还用于获取传感器制作模块2、传感器标定模块3、传感器性能测试模块4、测控电路模块5、单片机模块6以及测量模块8的多种实验数据，根据多种实验数据，判断学生实验操作是否规范。作为具体实施例，本实施例设置计算机模块7与单片机模块6配合完成实验，同时也可采集其他多个实验模块的数据，进行学生操作规范的分析，将学生整个测试技术实验周期的各个环节进行评判，并给出结果，方便学生的自查。

需要说明的是，本发明单片机模块6的单片机主板的优选型号为STC89C52型单片机，可完成相关电子元器件的焊接、调试、程序下载，并配有1602液晶屏、AD0832等模块。

需要说明的是，本发明提供的计算机模块7，获取传感器制作模块2、传感器标定模块3、传感器性能测试模块4、测控电路模块5、单片机模块6以及测量模块8的实验数据，并通过预存的标准实验数据库，判断各个模块的实验数据是否在阈值范围内，若是，则说明该学生完成的实验操作无误；若不是，则发出预警，以提示学生发生操作失误的模块。由此，对学生的整个实验流程产生的实验参数进行记录和评判，方便学生的自查，提供学生的动手能力。

本发明公开了一种测试技术实验实训平台，在载物台上固定设置传感器制作模块2，方便学生进行传感器制作的操作；在载物台上设置传感器标定模块3，方便学生进行传感器的参数标定，保证学生进行标定的高效性；在载物台上固定设置传感器性能测试模块4，方便学生进行传感器性能测试，加深对传感器性能测试的了解；在载物台上设置测控电路模块5，方便学生对测控电路的原理和输入输出特性进行实验；在载物台上设置计算机模块7，依据多个模块的信息进行数据分析和数据预警，方便学生的查看；在载物台上设置测量模块8，与测控电路模块5电连接，便于测量测控电路模块5中不同电路的输入输出特性。

本发明技术方案，将多个操作模块集成在同一载物台上，构建从传感器制作、传感器参数标定、传感器性能测试、测控电路、单片机开发等测试技术全生命周期知识体系，具有系统性、分布式、模块化的特点，方便学生进行自主动手操作，注重各专业知识之间的联系和应用，帮助学生更加有效地掌握所学知识，大幅提升对所学知识的运用能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。