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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。

数字输出传感器与数字信号驱动的其它激励器一样，常用于各类工业应用中。我们可很容易的找到数字输出的各类传感器，包括温度、流量、压力、速度等，它们具有各种格式的数字信号输出。数字传感器是一种仅产生二值输出的传感器，相比于模拟输出传感器输出一定范围内连续变化的值，数字输出仅为“0”或“1”。数字传感器 简单的例子是触点关。典型的触点关是一个无限电阻的路电路，当按下关后则变为阻抗为零的电路。1.1干节点（通断信号）干接点（DryContact），相对于湿接点而言，也被称之为干触点，是一种无源关，具有闭合和断的2种状态，2个节点之间没有极性，可以互换。
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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以波形片段的采样点数与屏幕点数的固定比例，等间隔地抽取采样点，抽出来的采样点显示到屏幕上。这种方案优点在于实现简单且能反应波形的大致轮廓，适用于较低频率的信号，缺点在于对于太高频的信号，峰值会被过滤掉，无法反映信号的峰值。峰值抽取峰值抽取峰值抽取是把波形原始采样片段分成若干组，如图所示分成了5组，每组分别比较出值和值作为抽取点，并保持这两个点的先后顺序关系。这种抽取方法针对高频信号，优点在于找出峰值，但不保证相邻两点之间的时间间隔相等。
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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基于3672系列矢量网络分析仪的放大器增益压缩测量应用仅需一次设置，一次连接，一次校准就可以得到放大器在频域的所有增益压缩参数（包括压缩点的输入功率，压缩点的输出功率，压缩点的增益等）和线性参数（包括线性增益，输入匹配，输出匹配等）。我们具有：快速准确的智能扫描；一目了然的向导校准；方便快捷的USB电子校准，USB功率校准；二维扫描（频率点扫功率和功率点扫频率）一次完成；多种压缩方法——从线性/增益压缩、从饱和态压缩、回退法和X/Y法。

(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。

仪器外校濮阳-认证机构现把这两个问题的和解决过程与读者一同分享。系统概述及问题描述现简略的介绍该系统，其简略框图如下：该系统由两个模块组成，前端模块可插拔，在插入后会传输信号给FPGA，信号经过前端接收，A/D采样后进入FPGA信号，然后FPGA把过的信号通过PCIe接口传送给工控机进行后及显示。工控机也会通过PCIe接口控制FPGA的工作状态。前端的模块是可插拔的。个问题是该机器在测试时，发现在换模块时会偶发的出现工控机与FPGA的通讯异常的现象，该现象出现的频率很低，测试组的同事反馈在测试时经常会有换模块的操作，但该现象基本上几天才出现一次，虽然该现象概率低，但是问题影响甚为重大，必须攻破。