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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。

从更多地点获取更多传感器数据的需求将推动新型传感器的发，这些传感器体积更小、功耗和成本更低，并且易于大量和在狭小空间部署。电子传感器结构传统的电子传感器无论设计怎样，都包含相同的功能模块。传感器的核心模块是实际的感测元件。感测元件是传感器的一部分，它对传感器环境作出响应，并将环境条件转换为电参数。除了感测元件，传感器还需要电源用于传感器内部的电子元件和数据及互联电路。大部分电子传感器包括感测元件、电源模块和位于每个感测节点的数据模块。
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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此方法运行成本低、灵活便捷，通常用于装备的前期发过程中，偏重于对软件算法的测试。然而由于逼真度低，与实际环境差异过大，对于正式装备的性能测试仅具有参考作用，大多数场合无法作为 终验证手段。第三种测试方法是半实物模拟测试，此方法是在前两种方法有机结合的基础上发展而来的。它利用数据采集或数学建模的方法组建数字化复杂电磁环境信息数据库，根据实际测试场景需求，计算波形数据，基于复杂信号发生技术，通过波形发生的方式产生实际电磁信号，人为构建高逼真度的复杂电磁环境，用于装备性能测试。
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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只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在簧的反作用力作用下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，达到在电路中的导通、切断的目的。继电器的“常”、“常闭”触点可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断状态的静触点，称为“常触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

(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。

计量器具校准铜陵-校准机构且可重复的测量现有式振动探头(参见)在实现方法上具备一些优势，包括不需要对终端设备任何修改，而且其集成度相对较高，尺寸较大，可充足的能力和存储空间。然而，它的一个主要局限是测量结果不可重复。探头位置或角度稍有改变，就会产生不一致的振动剖面，从而难以进行的时间比较。维护技术人员首先需要弄清所观察到的振动偏移是由机器内部的实际变化所致，还是仅仅因为测量技术的变化所致。理想情况下，传感器应当结构紧凑并且充分集成，能够直接 性地嵌入目标设备内部，从而消除测量位置偏移问题，并且可以完全灵活地安排测量时间。