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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。

如此短的“快照速度”可以定格画面，准确测量非常快的瞬时变化。FLIR锑化铟制冷型热像仪拍摄的FA-18大黄蜂战斗机的定格画面相反，非制冷型热像仪，比如FLIRT13sc，它的像素由随温度产生明显电阻变化的材料组成。而且，每一个像素的温度都会升高或降低。其电阻随温度的变化而变化，并可测量其数值，同时通过校准流程映射至目标温度。现今配备的微测辐射热计红外热像仪的快照速度或“时间常数”一般为8-12ms。
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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你也可在高速应用中关闭抖动功能，这样就不用取平均值。16位数据采集板在设计正确时实际可以执行18位分辨率而无需抖动，通常16位板上的自然系统噪声情况比较好，可返回多个测量值取平均。另一个经常被忽略的是温度漂移误差，计算机或台式测量仪器的温度都会发生变动，计算机系统中的数据采集板一般工作在0到55℃温度范围，的电阻网络和高精度元件可以帮助把温度漂移维持在6ppm/℃以内。另外，数据采集板常常会调用一个自校正函数，将温度漂移维持在更低的水平(约0.6ppm/℃)。
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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滨松于今年正式发布了的近红外MPPC研制成果，推出了红外增强型MPPCS1372系列。其在95纳米处具有较高的探测效率，响应速度快，工作温度范围宽，适合各种场合下的激光雷达应用，尤其是使用ToF测距法的长距离测量。下图是滨松推出的红外增强型MPPC（硅光电倍增管）S1372系列。硅PIN光电二极管成本低，且不易受周围环境光的干扰，但相比APD/SPAD和MPPC，探测距离较短。硅PIN光电二极管的上升和下降时间非常短（通常为1纳秒或更短），因此非常适合于接收25纳秒数量级的光脉冲。

(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。

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