電渦流傳感器信號調制芯片的測試程序設計

貴州振華風光半導體股份有限公司 馬 力 李 政 張 勇

電渦流傳感器信號調制芯片的測試屬于非傳統的芯片測試類型，是一款基于距離檢測和電壓檢測的芯片，通過和外部電路連接可以構成完整的電渦流傳感器，該芯片有很大的市場前景，提高該芯片的測試能力有助于保證產品的質量和產能。本設計利用虛擬儀器LabVIEW軟件作為處理、分析、保存數據的主要手段，建立了一套穩定可靠的電渦流傳感器位移參數自動測試軟件系統，實現對電感信號調制芯片工作狀態下的位移參數測量。

電渦流傳感器是一種非接觸測量工具，可以測量金屬導體表面多個物理量，主要用途是測量位移和厚度，其在結構、頻率響應、靈敏度、測量范圍、抗干擾能力等方面表現出色，特別是有非接觸測量的優點，在軍用設備中得到了廣泛的應用。

電渦流傳感器基于渦流感應原理，由傳感器電路和信號調制電路構成，能夠對一定距離范圍內的物體起到監測作用。對于信號調制電路，距離的精度是必須考核的參數之一，目前該類型芯片的參數測試，通過外圍設備和相應的電渦流傳感器測試電路搭建而成的手動測試平臺，是目前國內廠家使用最普遍的方法。本文利用LabVIEW軟件，采用了模塊化編程方式，能夠實現對調制芯片的信號采集功能，在軟件內進行數據處理、分析、顯示并生成測試報告。解決了手動測試人工的測試效率以及帶來的誤差問題。

1 軟件設計方案

本設計軟件開發的流程如圖1所示。開始測試后，系統首先進入創建電壓虛擬通道參數設置和創建位移采集虛擬通道參數設置，主要有接線端口，采集方式等參數。然后設置電壓跳變時觸發采樣，在這里，無論是上升沿觸發還是下降沿觸發，我們都要采集相應的位置信息，上升沿的位置信息對應接近距離，下降沿的位置信息對應遠離距離。當系統開始采集位置信息后，將讀取的位置信號進行再確認，使其達到我們檢測距離的要求，然后進行數據分析處理，當檢測次數達到設定值后把所有測試結果和分析結果都顯示在測試表格中，同時導出文檔。測試結束后，單擊結束測試按鈕，測試程序會返回主界面，再點擊退出，即可關閉程序。

圖1 系統開發流程圖

2 創建虛擬通道

本設計中利用LabVIEW創建虛擬通道的功能來對電壓參數和位移參數進行采集。虛擬通道基于硬件連接，在虛擬通道上，可以設置連接硬件的物理通道、接線端、輸入范圍、單位等參數。使用者創建虛擬通道時，可以創建僅當前程序適用的局部虛擬通道，也可以創建全部程序都能夠使用的全局虛擬通道。

DAQ助手是一個對話框式向導平臺，封裝在ExpressVI中，通過DAQ助手可以創建虛擬通道，本文主要采集電壓信號和位移信號，采集電壓，需要選擇模擬輸入下的電壓位置，采集位移，則選擇計數器輸入下的線性位置。

最后點擊相應的物理通達進入參數配置界面，電壓配置參數為主要有：信號輸入范圍，換算后的單位，以及接線端的配置，本系統配置如圖2所示。位置通道配置參數為主要有：線性編碼器，接線端口，解碼類型，是否啟用Z索引，本系統配置如圖3所示。配置完成后，點擊確定，即可以將所有信息保存至DAQ助手ExpressVI中。點擊窗口確定，將所有配置完畢的信息保存下來，以便調用。

圖2 電壓配置參數界面

圖3 位置配置參數界面

在LabVIEW中可以設置觸發來采集關鍵信息，當輸入信號滿足LabVIEW程序設定的觸發條件時，采集卡將信號采集并傳輸到計算機。設觸發模式，既可以選擇數字觸發，也可以選擇模擬觸發，根據需要，本設計電壓采集使用模擬觸發，位移采集使用數字觸發模式。

3 參數設置

（1）電壓采集參數設置

電壓的參數設置首先將電壓虛擬通道各項參數設置好，這里將輸入電壓范圍設置為0～10V,單位設置為伏特，接線端配置設置為RSE。然后設置采樣時鐘為連續采樣，并將速率設置為采集卡的最大速率以提高精度。接下來設置觸發參數，這里分為成兩個通道，一個設置上升沿觸發，一個設置下降沿觸發，開始采集任務，讀取采樣點與定值進行比較。最后用或語句產生的邏輯值來觸發位移采集程序，如圖4所示。

圖4 電壓參數設置模塊

（2）位移采集參數設置

位移參數的設置也是先設置好位置虛擬通道的關鍵參數，如圖5所示，通道類型設置為cl線性編碼器，是否啟用Z索引，這里選擇啟用，設置好Z索引相位值。脈沖間隔和初始位置可先設置好一個值，不要超過硬件或軟件的實際上限即可，再根據程序調試后的情況進行相應更改。單位選擇米，計數器端口按實際的硬件連接對應起來。

圖5 距離參數設置模塊

LabVIEW通常使用雙脈沖編碼器和正交編碼器測量位置。正交編碼器的信號由信號A和信號B組成，它們之間的信號偏移量為其周期的1/4（即90°），以區分編碼器的移動方向，正交編碼器用這兩個信號可以測量位置參數。本設計解碼類型選擇X4，如圖6所示。

圖6 X4解碼

接下來創建通道屬性節點，位移信號的通道節點要設置好計數器輸入接線端，單擊節點屬性，調出計數器A、B輸入接線端和Z輸出接線端顯示控件。

最后設置好位移采集的通道觸發方式，觸發類型選擇數字觸發，邊沿類型為上升沿。參數部分便設置完成了。

4 位移采集與數據處理

本文的位移采集和數據處理均在條件結構中進行，如圖7所示。

圖7 信號采集模塊和數據處理模塊的程序

將讀取(VI)也放置在條件結構中，只有滿足電壓觸發條件時，才開始讀取任務。在讀取(VI)數據出口引出數據，加以單位換算，我們最終想要得到的單位制為毫米，引出數據單位為米，因此換算單位為1000倍，換算后的位移輸出為接近距離或遠離距離，按設定，接近距離和遠離距離交替采樣讀取。為了能夠計算出遲滯距離，需要用FOR循環的移位寄存器實現當前采樣數據和前一個采樣數據的運算處理，并通過已經測試次數對應的余函數來判斷兩者之間的關系，當余數為0，表示已經完成接近距離和遠離距離的采樣，數據進入條件語句進行減法運算，運算結果與遲滯距離的上下限判據進行比較，當結果小于0.8且大于0.4時，輸出合格字符串，否則輸出不合格字符串。

然后是將所有位移相關結果以表格的形式輸出，這里要將數據的數值進行字符串的轉換，將測試次數用十進制函數，其它的數據用小數函數。將所有轉換后的字符串創建數組，用表格顯示出來。表格要先在前面板創建后，右鍵創建局部變量，在程序框圖中連接到數組輸出端，才能將所有的數據和結果在前面板的表格中顯示出來，顯示順序為創建數組的順序。同時，為了更好地觀察數據的變化，將位移數據以波形圖的方式輸出在前面板的顯示控件上。

5 數據存儲模塊

前面表格的操作僅僅只是顯示作用，并不能將結果保存下來。LabVIEW 2017版本有直接的Office報表輸出功能。在程序框圖中右鍵，找到報表生成中的MS Office Report VI。雙擊圖標，在Template下拉列表中選擇Word常規報表，在路徑中調用已經完成的Word模板，如圖8所示。會自動生成報表目錄，這里分為測試人員、測試日期、測試時間和測試結果。測試日期和時間使用獲取日期/時間字符串VI直接得到系統的時間信息，將數據輸出連接到測試結果，就可以導出數據。在前面板中找到波形圖表，右擊選擇調用節點，可以保存波形圖，以圖像BMP格式保存到指定文件中，如圖9所示。

圖8 調用Word模板設置界面

圖9 數據存儲程序

Word文件的模板，這里使用的是Office 2010版來創建的。首先新建一個Word，輸入測試結果報告，在下方插入一個5×4的表格，前三行合并分別輸入人員時間等相關信息，在后方插入書簽，居左對齊。第四行輸入測試結果，在后方插入書簽，居中對齊。在測試結果下方輸入與數據數組對應的信息，在第一列插入書簽。將設置好的模板以Word1997—2003的文件格式保存，Word模板便創建完畢了，如圖10所示。

圖10 報告生成圖

6 其它模塊程序

本文通過布爾開關來調用CL-01A控制器軟件，右鍵在函數選版中找到執行系統命令VI，在命令行創建常量，如圖11所示，輸入CL-01A控制器軟件的路徑和程序名稱。

圖11 CL-01A控制器控制程序

本設計的前面板有兩個部分，主界面前面板和電渦流傳感器測試程序如圖12～14所示。我們在電渦流傳感器測試前面板中執行程序的自動測量操作，在主界面前面板中執行調用電渦流傳感器測試前面板和退出測試操作，點擊電渦流傳感器測試可進入電渦流傳感器測試前面板，點擊退出可結束測試。

圖12 主界面前面板

圖13 主界面程序

圖14 結束測試程序

7 測試軟件集成

將本設計的創建虛擬通道程序、參數設置程序和位移采集與數據處理放入For循環，用While循環將所有程序模塊套入，構成整個自動測試平臺的軟件部分的設計，完整的程序框圖如圖15所示。圖16為程序的前面板圖。

圖15 整體程序框圖

圖16 整體程序前面板框圖

信號調制距離精度是一種非傳統的半導體器件測試參數，使用傳統的測試設備無法實現自動化測試。本文利用LabVIEW軟件設計出了一套該類型參數自動化測試方法。LabVIEW作為一種虛擬的測控技術手段，在半導體芯片測試行業可以得到廣泛的測試應用。例如實現芯片輸出信號的時域、頻譜及相關性分析，許多目前混合測試系統都無法或不便測試的參數都可以使用虛擬儀器構建測試平臺來進行測試，為更多新型半導體器件檢測提供測試解決方案。