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世通仪器关于高温微压力传感器校准实的研究

在航天领域，常常需要在恶劣环境下实时测量环境的各种相关参量，其中就包括微小压力测量。由于测试工作处于高温、高热流、强电磁干扰、剧烈振动等恶劣的条件下，并且待测压力微小，此外还要求小型化、低功耗，故而传统的硅微压力传感器已难以满足测试需求。

FLIR工具应用程序可连接热成像仪与设备，从而使您能够对现场热进行流、采取远程控制、分析存储的图像，并迅速通过电子邮件传送现场发现。FLIRMeterlink测试与测量工具可直接向相机传输可读数据，相机会在您捕获数据时存储辐射图像的数据，以用于报告中。FLIR工具报告软件还更多功能，可以将更多测量工具添加到图像中，生成深入的报告以及更新相机固件等。提高生产力更多内置功能带来更强大的效能触摸屏与操作简单的按钮灵敏度如同智能手机的 系统与指南针自动嵌入指向方向和地理位置注解加入语音或文字注释图像或使用触摸屏来勾画。
相比之下光纤压力传感器有着无可比拟的优势:测量精度高、抗电磁干扰能力良好、绝缘性能好、性能稳定等，因此光纤压力传感器*接近测试需求。F-P光纤压力传感器更是以极高的测量灵敏度和精度、成熟的微压测量技术成为*，且只需在探头结构上辅以耐高温技术手段，使其能够适应高温环境，即能*终满足测试的要求。

高温微压力传感器基于F-P干涉敏感原理，使用耐高温材料外壳和支撑架，部件连接采用固体焊接等耐高温工艺，实现了在无引压管情况下对800℃高温介质微小压力的直接测量，并且通过对性敏感组件等易损件采取专门的限位、加固措施，提高了抗冲击、振动能力。
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另外，重心法需要使用至少两根谱线，而且受窗函数主瓣宽度限制，频率重心法所能支持的频率下限只能达到频率分辨率的三倍以上。由于频率重心法没有反馈过程，不依赖于信号，模拟电路实现简单，理论上只要采样率和使用的数据点足够，就能得到正确的结果。特别地，因为同步采样需要硬件电路，受限与成本与体积，大部分测量仪器只支持一到两个PLL源，而频率重心法无此限制，甚至可任意定义基波源（对应于PLL源，用于确定基波）。应用实例PA功率分析仪了三种谐波模式：常规谐波、谐波和IEC谐波。
为了在地面实验室模拟传感器的实际测量环境，我们设计了一种适用于高温微压力传感器的仪器校准实验系统，通过高低温真空试验装置和人机软件的结合，为仪器校准了一个稳定可靠、安全便捷的实验。

1、传感器测量原理

(1) 微压力测量原理

高温微压力传感器采用的是F-P干涉敏感原理，根据Fabry-Perot共振效应，F-P共振腔反射光的波长变化与两反射面之间的距离呈函数关系。如图1所示，为传感器原理示意图，感压反射面及其支撑膜片和静止反射面就构成了一个完整的F-P共振式压力敏感结构。根据薄膜性形变原理，压力敏感膜片在外界压力的作用下发生形变，从而改变F-P腔腔长，引起干涉谱变化，通过测量干涉光谱，即可得到作用在压力敏感膜上的压力变化，从而达到测量压力的目的。该结构的特点是灵敏度极高，可感受两个镜面之间纳米级的位移变化，可满足500 Pa微小压力的测量需要。

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具体地说，对于每个被测的谐波分量，中心频率将设置为搜索基频的整数倍，并且执行一次零频宽扫描，幅度由测量数据的功率平均计算得到。测量完数目的谐波和幅度之后，总谐波失真测量结果将自动计算并显示在数据报表窗口。为使用谐波失真测量功能自动测量得到的显示界面，数据报表窗口中顺序列出了基频与谐波分量的频率和幅度，并给出了总谐波失真。根据测量报表，设系统中只有这两个谐波分量的话，总谐波失真为3.67%。该结果可由公式手动计算验证，报表中二次谐波与基频的幅度差为-29.1dB，三次谐波与基频的幅度差为-4.4dB，则总谐波失真为：谐波失真测量功能一键自动测量由此可见，中谐波失真自动测量的结果与中手动测量的结果是相互吻合的。

(2) 传感器的仪器校准原理

在传感器探头确定的情况下，参数k1,k的值可以通过公式直接计算求得，而温度敏感系数k2以及补偿修正常数C则需要通过校准实验才能确定。

将被校传感器与压力、温度标准具置于同一载荷环境，通过标准具得到压力、温度的标准量，通过解调模块得到传感器的输出值。将标准输人量与被校传感器的输出值绘制成传感器的校准曲线，再根据校准数据采用*小二乘法确定传感器的工作直线，用工作直线反映传感器的输人和输出之间的关系，从而确定k2及C的取值。通过校准曲线与工作直线的比较，可以计算得到被校传感器的静态基本性能指标。

测试仪表计量东莞-认证中心的左边为欠补偿波形，中间为正常波形，右边为过补偿波形。无源探头补偿如ZDS2024PLUS标配ZP1025S高阻无源电压探头，具体参数如下表：表1ZP1025S规格型号1.21.2高压差分探头首先介绍下差分的概念：差分信号是互相参考，而非参考接地的信号。高压差分探头实质上是由两个对称的电压探头组成，分别对地有良好绝缘和较高阻抗，可以在更宽的频率范围内很高的共模比，可将任意间的两点浮接信号，转换成对地的信号，主要用于关电源等行业测试，原理图如所示。