轻工实验室武汉-第三方公司

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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。

同样的，电路，由于TVS响应速度比MOV快，往往是MOV未起作用，而TVS过早损坏。两级浪涌防护增加一个电感，构成两级防护电路。如电路、所示，串入一个电感，将防护器件分隔成两级，对高频浪涌脉冲，电感具有较大的阻抗，因此首先起作用的是前端的压敏电阻，而后端的压敏和TVS能够进一步吸收残压保护模块。另外，即使是单级防护，增加电感也能起到一定的作用，避免浪涌电压直接加到模块输入端。输出滤波电容过大，导致模块异常电源模块输出端通常增加一定的滤波电容，但在使用过程中，由于认识不足等原因，使用了过大的输出滤波电容，既增加了成本又降低了系统的稳定性。
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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测径仪采取固定方式或轨道方式（实施时双方协商确定）在输送线两组托辊之间。测径仪与控制柜间由一根三芯电源线和一根网线连接，测径仪的供、断电由控制柜通过电源线实现，测径仪的数据信号通过网线传输到控制柜。LED显示屏的电源同样从控制柜引入，显示数据由控制柜通过网线向显示屏发送。棒材测径仪工作时，圆棒前进通过测径仪的测量区。测径仪同时测量圆棒的三个截面上9条直径线的外径和测量截面圆心的位置，并根据各截面圆心的位置计算圆棒在1米范围内的直线度误差。
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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其中同步采样法和频率重心法使用 为广泛。同步采样法顾名思义，就是使采样频率与基波频率同步改变。该方法从源头上保证数据的采样频率为基波频率的整数倍，如IEC61000-4-7标准就规定50Hz使用10倍基波采样率，采样数据经离散傅里叶变换即可得到各次谐波分量。同步采样常用硬件PLL实现，需要实时调整采样频率，频率的锁定需要时间，受限于滤波器及相关器件，很难到很宽的频域，也很难保证频谱特别丰富时的准确性。

(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。

轻工实验室武汉-第三方公司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。