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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。

我们家里的空调、冰箱等家电都贴有一张“能效标识”，标明了该家电的能耗等级。你知道这个能耗等级是怎么测试出来的吗？特别是一些小功率设备的待机功耗，其测试方法不同会严重影响结果。首先让我们来看一个实际测试案例。某工程师用致远电子的功率计PA31测试关电源的待机功耗。次测试时，发现待机功耗达到3mW，比理论值大出很多。测试参数如下图所示：该工程师非常疑惑，于是与我司技术人员沟通测试方案，在详细了解其测试过程以及仪器参数设置之后，我司技术人员给出了测试建议，修改了部分设置参数以及测试接线方式，得到了真实的待机功耗数据，测试参数如下图所示：对比上面两张图，可以发现，修改参数和接线后，测试的待机功耗只有.4mW，与修改前的3mW相差将近8倍。
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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于是，为了进一步减小解决方案的尺寸，有许多多输出IC可供选择。这些IC通常包括集成的MOS场效应晶体管(MOSFET)，同时至少要求配置有外部组件。而且，单就这些IC而言，其成本或许更为昂贵。通过减少生产过程中必须到位的外部组件数量所获得的收益，往往会抵消前期付出的高昂成本。采用何种拓扑结构呢?在如所示的实际应用中，由于空间的限制，所以LDO将成为我们的。然而，由于功耗和效率的限制，实际情况并非总是如此。
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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(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。

检测设备外校台州-CNAS检测机构稳定性指标在厂家仪器说明中没有，用户只能凭对于仪器结构的判断和参观或询问其他长时间使用过的用户来判断。扫描速度扫描速度快可提高数据准确性，重复性和稳定性。不同厂家的仪器扫描速度不同，从1次/秒到1000次/秒。一般来讲，循环扫描测试次数越多，平均结果的准确性越好，故速度越高越好；式干法和喷雾更要求速度越高越好；自由降落式干法虽然速度不快，但由于粒子只通过样品区一次，速度也是快一些好。用户每天需要的样品量，也是考虑速度的因素。