基于PCI-9111HR采集卡的抗压测试系统

［编辑简介］：本文介绍一种基于ADLINK PCI-9111HR数据采集卡的锂电池外壳抗压测试系统方案。对产品特点、系统原理和工作过程进行了描述，并给出系统的拓扑结构图。

［关键词］：PCI-9111 采集卡 测试系统

1 ADLINK PCI-9111HR数据采集卡简介

PCI-9111HR 是16 通道、100 kS/s 高性价比的多功能DAQ 卡，其特点在于模拟输入的灵活配置。每个A/D 输入通道都引入了RC 滤波器来衰减或过滤输入信号。PCI-9111HR 为双极性输入提供了5 种可编程输入范围的模拟输入。

2 锂电池外壳抗压测试系统方案概述

抗压强度是锂电池封装外壳最重要的质量指标。其测试方法与评估标准为：对待检测的锂电外壳施加一定的压力（如采用压力执行器对外壳产品施加500g 的压力），同时运用电涡流位移传感测试产品厚度方向的变形量，当厚度变形量ΔL 超过允许值的时候，则认为产品是NG 的。否则，该产品为OK 品。

2.1 抗压测试系统主要硬件要求：

1. 测试平台：对锂电池外壳产品进行抗压测试的工作台；

2. 压力执行器：压力执行器应包含驱动电源，当其控制端施加0～10VDC 的模拟控制电压时，可等比例向外部产生0～1000g 的驱动压力；

3. 压力传感器：其作用在于，实时检测施加在产品的压力，并等比转化为0～10VDC 的电信号，以供压力值反馈之用；

4. 电涡流位移传感器：检测产品厚度方向的变形值，并等比转化为电压信号，反馈至计算机系统；

5. PCI-9111HR数据采集卡：对压力传感器以及电涡流传感器输出的测试量进行A/D 采集，并对压力执行器的输出压力进行D/A 控制；

6. 工控机

硬件系统的拓扑结构如下所示。

2.2 抗压测试系统工作过程

这里用流程图表示产品抗压测试时的系统的一个测试工作过程，本过程由计算机通过软硬件来实现。具体流程，不再单独用文字赘述。

2.3 压力执行器输出标准测试压力的控制方法

考虑到整个系统工作时的安全性、可靠性、稳定性以及测试的准确性，压力执行器在向产品释放压力时，需要将渐续进行，即：施加压力的大小需由0 逐渐增加，并进而达到标准值（500g），而并非瞬时施加500g 的外力。因此，为保证压力标准值的正确性和精度，同时又满足过程的快速性，需要对压力执行器进行正确而恰当的控制。

鉴于系统中具备压力传感器这里反馈装置，对压力执行器的控制，本方案采用工业上较为常用PID 闭环反馈的控制方法。PID 控制因其算法简单易实现，鲁棒性好和可靠性高被广泛应用于工业过程控制。

结合本系统的工作实际，其含义简要说明如下：当压力执行器对产品开始由0施加压力时，计算机通过PCI-9111HR 开始采集压力传感器的测量值，并将压力测量值同标准值（标准压力对应的电压值）进行比较，然后对偏差值进行PID 运算，计算出对压力执行器驱动电源施加的控制电压，进一步控制压力执行器。计算机系统不断重复上述工作，直至压力达到标准值（500g）。因为PCI-9111HR 数据采集速度单通道最快可达100KS/s， 因此上述过程是很快的。采用PID 控制的优点是：

1． 选择合适的PID（比例、积分、微分）参数，压力传感器的施加压力值从0 达到标准值，其响应速度可为几十ms，并且根据需要，通过改变参数，将这一过程的时间延长至几秒，几十秒……PID 参数对于控制输出的标准压力具备很好的响应速度、稳定性和无偏差性；

2. 通过PID 控制方法，完全可以使压力执行器的压力输出值不会超调，即：不会出现压力高于标准值对产品产生破坏的情况；

3． 配合ADLINK PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 算法可达到较高的精度。就本系统而言，因PCI-9111HR 卡A/D 分辨率高达16 位，D/A 分辨率高达12 位，压力控制精度可达到100mg 以内；
最后，结合PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 控制方法在当今各种通用的编程语言中都是易于实现和掌握的。

3 本系统方案采用PCI-9111HR的优点

1. PCI-9111HR 采集卡分辨率较高，且具备16 通道。完全满足对本系统中压力传感器数据以及电涡流微位移传感器数据的高速、高精密采集；配合合适的算法，完全实现了系统的快速的、高精度控制和测试。

2. PCI-9111HR 采集卡具备D/A 输出功能，可同时实现对压力执行器的控制输出；

3. PCI-9111HR 采集卡同时具备多路数字IO，这在一台自动化测试系统中是不可或缺的。对检测结果的输出，对其它电气设备的控制，以及与其它设备的通讯，一张卡均可实现，真正做到了“All in one”。

4. 高稳定性，高性价比。