轻工实验室徐州-校准单位

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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。

浪费会快速累积，甚至造成停工。空气浪费带来的高成本根据美国能源部的数据，压缩空气管道中单个1/8”(3mm)泄漏点每年的成本超过2,5美元。据美国能源部估算，对于美国国内维护不善的普通工厂，泄漏造成的浪费可达到其压缩空气总量的2%。为了弥补泄漏引起的压力损失，工厂往往通过购容量大于实际需求的压缩机进行补偿，这就需要大量的资本成本，且增加能源成本。除了成本的考虑外，空气泄漏还会引起资本支出、返工、停工或质量问题，以及维护成本增大。
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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两点之前 近刻度的舍入误差就是量化噪声的物理表现形式。所有ADC都会对连接至其输入端的电压执行这种操作。它们会进行信号检测并将实际电压近似为有限数量的步长。ADC中所用到的步长数量决定分辨率的大小。高精度Δ-ΣADC的噪声成形特性通常会限度地降低热噪声和闪烁噪声。对于16位或16位以下的器件而言，热噪声远远小于因信号近似而产生的误差。在此类ADC中，大家会发现在低数据速率下数字代码几乎没有发生变化。
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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敏感单元其内部结构见。对不同的传感器来说，敏感单元的材料有所不同。如，SD2的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3制成。这些材料再成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容，图中的PP2。因为这两个小电容是在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。

(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。

轻工实验室徐州-校准单位而在与航位推算所需的机载传感器中，由加速度传感器和陀螺仪传感器组成的运动传感器尤为重要。由于弯道、坡度和车道变化等因素的影响，车辆行进方向和朝向也会不时发生变化；加速度传感器和陀螺仪传感器可以检测到这些车辆行进方向和朝向的变化。对此，目前，很多传感器厂商都会选择利用MEMS技术，将三轴加速度传感器与三轴陀螺仪传感器封装在一起，组成六轴惯性运动传感器，进行的航位推算，以较高精度测量及维护车辆位置，甚至协助在GNSS信号范围外及信号中断时进行自动驾驶，从而支持自动驾驶车辆的高精度惯性。