田亚欣 孙萌 靳建宇 王超

摘 要：标动产品失稳检测传感器自动测试是产品装车前检测的重要环节，由于其旋转测试方向变化、要采集的信号路数多，目前的测试主要手段是采用人工测试，这种测试方法存在测试效率低、人为引入不确定因素大、测试通道少、测试结果信息化弱、安全性差等缺点。本文针对标动产品失稳检测传感器自动测试提出了自动化、一体化的测试方案，基于原有失稳检测测试方法，在测试通道数、旋转工装、数据信息化提高等方面做出重要研究。该系统将原有的独立测试工作的整合化、系统化，研制出一套产品自动化跟踪测试流程，使得标动产品失稳检测传感器测试覆盖性全、测试信息化强度高、产品追溯性强，从而大大提高产品的可靠性、生产效率以及降低人工成本。

关键词：失稳检测传感器;一体化;自动化

0 引言

近些年来，中国社会不断进步和发展，交通运输业的变化也日新月异。中国高铁更是以“中国速度”享誉国内外。中国高速铁路（CHSR）简称高铁，是现代最流行的公共交通工具以及运输工具，是铁路技术集成和创新的重要标志[1]。高铁作为一种新兴的交通运输形式，正在逐渐替代原有传统交通运输工具，成为人们出行的一种新选择，在缓解高速公路交通压力的同时提高了中国整体交通运输效率，其正在并将长期对中国旅客出行的交通工具选择结构及汽车市场需求产生深远的影响[2]。

标动传感器部件作为高铁关键部件，测试流程种类多、待测产品数量大，失稳传感器现在是运用单个的传感器信号采集工装配合传感器人工旋转完成测试，均作为独立的测试设备存在，只能完成最基本的性能测试，每项测试都必须要有人员参与，在大力提倡物联网、智能化、自动化测试的今天，失稳传感器的测试以单通道为主，通道少虽然能实现信号的采集以及测试结果的判断、可程控，但存在测试容量小、自动化程度低、安全性差、可靠性差等问题。

本文针对上述问题，运用传感器信号采集技术、计算机强大的运算能力、数据处理等多种技术融合提出了标动失稳检测传感器自动测试方案。硬件设备搭配配套的自动化测试软件，测试开始前对测试条件进行配置、一键测试、最后生成测试表格可以打印。机柜上方安装警示灯可以对测试状态进行实时显示，配置扫描枪可对待测试的传感器编号进行扫描，直接记录在表格内、安装打印机可对测试结果进行打印。结果也表明，自动化测试系统能够提供更好的测试效果，提高了测试效率、保障了测试结果的准确性，能够更为直观的进行系统问题的显示及定位，缩短了系统的开发测试周期。

1 主要研究内容

失稳检测传感器自动测试系统主要包括供电/显示模块、电机控制模块、应急停止/声光报警模块、信号采集模块、计算机模块、多通道扩展模块、传感器模块和附属模块。

计算机模块是失稳检测传感器自动测试系统的核心模块，用于调度各个功能模块，可以选用工业计算机或商用计算机，用于运行失稳检测传感器自动测试系统的上位机软件，测试人员通过人机操作界面来控制整个测试系统进行相关待测产品的测试。

信号采集模块是失稳检测传感器自动测试系统数据的来源，是计算机和多通道扩展模块连接的桥梁，信号采集模块采集多通道扩展模块传递的传感器相应信号值，电流经过高精度电阻将电流信号转成电压信号，信号采集模块通过485转USB连接到计算机，自动化测试软件完成相应的算法得出测试结果。可以选用满足精度要求的RTU模块，也可以自研板卡对待测传感器的信号进行采集。

供电、显示模块主要包括失稳检测传感器自动测试系统整机的供电、内部集成设备的供电，以及人机交互界面的显示。整机选用220 V市电进行供电，内部不同设备的不同电压通过电压转换模块转换之后供电;显示模块可以选用任何一款显示器即可。

传感器模块主要包括失稳检测传感器自动测试系统对外接插件以及待测传感器。由于待测传感器本身对外的接插件种类较多，因此可以选用一款测试数量最多的型号，接其他型号的待测传感器可通过转接电缆进行连接。

多通道扩展模块是将测试通道进行扩充，对外接插件搭配信号采集模块实现多通道的切换测试。对于不同测试流程下电壓的不同，可用降压模块搭配继电器进行选择切换。

电机控制模块与通过USB与计算机连接，用于控制旋转工装的电机依照指令旋转到指定方向。

附属模块主要指扫描枪和打印机。扫描枪扫描待测传感器标签上的二维码，实时上传给上位机软件并记录，减少信息录入的繁琐;打印机用来打印测试报表，具有一键打印功能。

应急停止、声光报警模块主要包括紧急停止开关和警示灯，如果发生紧急情况，按下急停开关，则整个设备断电，警示灯是对设备测试过程的显示，测试通过后绿灯亮、无蜂鸣器报警，测试不通过时红灯亮、蜂鸣器报警。

失稳检测传感器自动测试系统机柜上方用于放置传感器旋转测试工装，高度设计符合操作人员舒适位置，操作面最高处装有安全警示灯，用于显示测试进程。水平面装有水平仪，用于确认测试系统处于水平状态，保证测试结果的可靠性。

设计的失稳检测传感器自动测试系统具有以下特点：

一体化：可进行横向加速度测试、垂向加速度测试、纵向加速度测试;

多通道：可满足5个同一类型传感器同时进行相关测试;

全自动：配备一体化测试软件，具有一键测试功能，可对生成的测试报表打印;

全监控：测试过程全程监控，设备自身状态实时监测，超出范围声光报警;

高可靠：人员安全监测，设备漏电自动保护。

一体化是指多个原来相互独立的主权实体通过某种方式逐步在同一体系下彼此包容，相互合作[3]。机电一体化技术已经被运用到了社会各大生产领域当中，并且在智能化制造中有着重要的作用。机电一体化技术具有自动化、信息化、科技化等特点。它是为了顺应时代科技发展将传统工业技术转变为集约化生产模式[4]。失稳检测传感器自动测试系统机柜中，可以集成工控机、显示器、旋转工装、夹紧工装、信号采集等设备，并且通过设定的操作相互协作，完成既定的工作目标。

传统的手工测试成本高，效率低，很难对现在快速发展的软件行业形成强有力的质量保障体系，自动化测试技术应运而生[5]。正确的对软件自动化测试进行设计，能够增加测试效率。

本文主要针对以上内容进行研究，实现减少人工工作量、增加测试效率的目标。

2 设计方法

测试系统与待测传感器通过电缆连接在一起，给试验台上电，打开上位机软件，各个设备通信连接正常之后将待测传感器用扫描器扫描二维码，然后依次放入夹紧工装里面，操作上位机界面对测试流程、测试参数和判据进行设置，确认之后开始测试，测试过程中，测试结果满足判据则绿灯亮，否则红灯亮。

失稳检测传感器自动测试系统的实现，首先要设计一款可以放置待测传感器的旋转工装，在具体的设计过程中要注意考虑到实际操作的安全性、可靠性等问题。要实现的通道数量的扩充，可以将传感器的放置进行最大限度的预留，然后将其集中在工装的一面来实现，在布线走线的过程中考虑到旋转过程的干扰影响，尽可能与测试系统外部轮廓保持相当的距离，保证测试人员的安全，以免影响测试精度。

旋转工装的控制由两款步进电机与配套的步进电机驱动器实现的，旋转工装分为X轴旋转和Y轴旋转，两个轴相互配合达到待测传感器需要的位置。

失稳检测传感器自动测试系统与测试设备之间是通过串口进行连接的，上位机软件通过串口与电机控制模块、信号采集模块、附属模块进行通信，根据设置的流程操作相应的设备，并将结果记录下来。

为了更加方便、清晰、准确、实时的显示测试系统当前测试的状态，可以在配套的自动化测试软件界面上添加传感器测试状态实时显示的区域，测试结果的显示也可以通过颜色进行区分，“合格”显示为绿色，“不合格”显示为红色，这样既可实时显示当前的测试状态，又直观的展示测试结果。

以其中一个待测传感器为例，介绍传感器各个状态下加速度信号的采集方法：首先将待测传感器的信息通过扫描器扫描上传到测试系统软件中并记录;然后将待测传感器放入旋转工装，传感器对外接插件与测试系统对外接插件对插;之后通过算机自动化测试软件启动配置信息，控制旋转工装动作到指定位置，传感器相应接点输出恒流信号，通过接插件连接到内部精密电阻两端，选用的RTU模块对精密电阻两端的电压进行采集，通过485接口上传到自动化测试软件中，然后再根据公式转换成需要判断的信号值，判断测试结果并记录。

失稳检测传感器自动测试是带机械动作的测试，所以要充分考虑到安全保护措施。安全保护装置能在机械装置运动失控或发生意外事故时，保护机械装置免遭损伤、毁坏造成事故及避免人员发生意外[6]。硬件上的保护措施有：可以在机柜上显眼的位置上安装有紧急停止开关，一旦发生紧急情况，按下开关，整个装置断电、在机柜总供电处加上漏电保护开关，一旦发生漏电现象，漏电保护开关工作，这些措施充分保障测试人员的安全问题。

整个测试系统集成在一个机柜中，可以用警示灯实时显示当前的测试状态，测试过程或测试成功时绿灯亮，测试失败时红灯亮，且光源明显，在自动测试的条件下，人员可以通过声光报警对测试进度实时掌控。

测试的结果可以保存生成报表，可以添加外围配置，配置一台打印机设备，可以随时按照需求进行文档的打印工作。考虑到待测物的数量、信息录入的繁琐，失稳检测传感器自动测试装置配有无线二维码扫描枪，将鼠标的光标放置在相应的位置上扫描待测物的信息，可以方便、快捷、准确的实现信息的录入工作。

软件方面，失稳检测传感器自动测试机柜配有一体化测试软件，软件使用C++语言实现，编程环境是Microsoft Visual Studio 2010，设计使用面向对象的分析和设计方法，对软件需求的功能模块进行抽象，提取出软件公用模块，由这些公用模块组成绝缘耐压测试设备上位机软件，此框架类似一个软件插槽，通过在框架上加入不同的功能模块，实现各种功能：提供测试通道的测试配置、提供测试配置的记录和读取、提供单通道测试或全通道自动测试功能。测试软件充分考虑到实际使用的习惯，提供两种模式：自动模式和手动模式。自动模式下，如果测试不通过，测试装置报警并将结果记录，然后继续进行下一步的测试工作;手动模式下，如果测试不通过，则要手动选择是否继续进行测试，上位机软件界面如下图1所示。

界面右侧为测试结果信息显示窗口，实时显示测试结果。左侧区域的最上方实时显示当前测试项，位于它下方的设备状态用于显示各个模块的连接情况，以及是否正在测试。左侧最下方的区域用于测试信息的配置，以及一键启动测试按钮，“启动测试”和“终止测试”按钮用于测试的开始和停止。整个测试流程可以实现全自动，按下开始按钮即可进行测试，中间过程不需要人工干预，提高了测试效率，降低人工干预。中间区域为项目的控制及显示面板，最上方显示待测传感器的信息、传感器实时采集信息、实时显示各个待测传感器各个状态下的测试结果态以及最终的测试情况，测试通过显示绿色字体的“合格”，不通过，则用红色的“不通过”进行显示。

3 测试结果及分析

失稳检测传感器自动测试装置整体实现如下图2所示，试验台顶部固定有双层警示灯和旋转测试工装，分别用来显示实时的测试状态和操作待测传感器的位置。机柜正面的右上角装有紧急停止开关，当发生紧急情况时，按下该急停开关给整个机柜断电。机柜内部从上到下分别是电机控制模块、信号采集模块、KVM、工控机和打印机。待测物从机柜后面的接插件插入，然后打开工控机，通过KVM操作上位机进行测试，正常测试过程中双层警示灯的绿灯亮，测试不通过时红灯亮、蜂鸣器响。经过实践证明，最终实现的失稳检测传感器自动测试机柜能满足目标需求，且测试效率高、测试结果可靠。

软件有参数配置选项，软件根据配置情况对待测传感器进行自动化的操作，并将测试结果在表格中显示。

下图3所示是可打印的失稳检测传感器自动测试记录表表格示意图，图中可以显示产品或公司的LOGO、测试结果的记录，表格内容与格式均可根据实际情况进行调节。测试时长根据测试人所设置的测试时间而定，测试过程可控，不会出现差错。

通过以上研究分析，采用本设计自动化测试系统与原有手工测试从功能以及效率进行对比，对比表如下：

4 结论

本文针对目前失稳检测传感器自动测试提出了一种自动化的测试方案，硬件设备搭配自动化软件的方式，按照测试需求与步骤进行了全面测试。具有全程监控、危险报警、自动生成报表打印等功能。后续的使用中可以对測试人员进行管理，管理员可以更改测试流程，测试人员只能测试。研发完成后集成在一个标准机柜中，本设计已经成功应用于标动设备的失稳检测传感器自动测试中。

参考文献：

[1]肖增斌，穆文奇，王缪莹.新时期我国高铁技术创新发展需求及重点任务探讨[J].中国铁路，2017（12）：40-43.

[2]胡宸然，周俊菊.高铁发展对中国交通系统的影响分析[J].现代城市轨道交通，2020（10）：34-40.

[3]戴莉萍，杜琼.一种软件测试V模型的改进型及其应用[J].计算机与现代化，2004（7）：29-30+33.

[4]郝中波.论机电一体化在数控机床中的应用[J].内燃机与配件，2021（2）：69-70.

[5]Kerstin V.Ssiakas，Elli Georgiadou.Software Quality Management from a Cross-Cultural Viewpoint[J].Software Quality Journal，1999.

[6]施浒立，张巨勇.软件安全保护装置[J].机电工程，2004

（1）：8-11.