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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。

有些板上有温度传感器测量环境温度，可用编程的方法用一个简单的函数调用从该传感器获取信息，确保元件在规定的范围内工作。完全的计算是非常乏味和令人头疼的，但是对整体性更进一步了解则用不着这样费劲。遗憾的是，数据采集板还没有表明整体性的一个通用标准，实践中商各用不同的方法来说明精度，在极端的情况下，使用同一术语的两个商描述的可能是不同的精度度量标准，他们的"精度"可能就是从不同的等式中得到。
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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仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109Ω。其输入偏置电流也应很低，典型值为1nA至50nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。
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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慢慢调高电源电压，听到功率继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当功率继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到功率继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。选用一般情况下五个步骤，功率继电器的释放电压约在吸合电压的10～50%，如果释放电压太小(小于1/10的吸合电压)，则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，选用工作不可靠。

(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。

测试设备校验广西-第三方公司MSOP-8封装线性稳压器的温度上升使得结温高于125℃的标准集成电路(IC)结温，而根据45°C/WR?JA，LMZM2361的结温为9°C。即使将R?JA乘以系数5，得到的Tj值仍然低于该结温。从这个例子可以看出，很明显从热能角度来看，线性稳压器并非可行的方案。采用关方案进行权衡(即使是采用LMZM2361等模块)意味着必须要考虑输 输时的输出纹波峰峰值约为3mV。