工程类实验室滁州-外校单位

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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。

当被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm时，随着粗糙度值的增大，被测表面对压头的抗力愈小，其塑性变形愈大，圆形压痕就愈大，相应的硬度值也就愈小，致使测量值偏低于其真实值。试验证明，测量偏差在10HB以上（注：用台式硬度计测量洛氏硬度时，粗糙度的影响较小，本文就不进行分析了）。当我们用便携式微电脑超声硬度计测量硬度时，粗糙度的影响较用台式硬度计就更大了。当被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm时，随着粗糙度值的增大，硬度计的金刚石角锥体压头与被测表面的接触面积就会增大。
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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在这种情况下，Leica的6D测量产品—T系列解决方案应运而生。T系列测量工具的原理是通过在跟踪仪上增加了T-Cam相机，从而在测量和跟踪过程中，不仅可以监控跟踪目标的X,Y,Z(中心值)，同时还可以提取目标的I,J,K(沿三个方向的扭转)用于体现目标的旋转姿态。通过这种方式，可以得到更多的计算信息:通过在T系列目标上增加探针，激光跟踪仪扩展成为走动式的三坐标测量系统，测量范围可以达到直径5m。既方便的利用了激光跟踪仪的现场适应能力、便携性能又能够满足大尺寸工件的高精度测量需求。
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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在这一系列中，我将讨论差分对的特点，以及针对高速数据传输的设计问题和解决方案。在这一系列的部分中，让我们研究一下差分对的主要要求：A线路和B线路都需要保持相当恒定和相等的特性阻抗，通常称为奇模阻抗，此时两条线路均差分激励。差分信号应该在到达目的端时保持差分信号的属性：几乎相等的振幅和相反的相位。每条线路的插入损耗应该大致相等。每条线路的传播延迟应该大致相等。总之，我们应该寻求相等并且相当恒定的奇模阻抗，从而限度地减少从源端到目的端整条差分对长度上的阻抗波动。

(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。

工程类实验室滁州-外校单位环境方面外部环境方面所引起的故障大多是因为仪表受外界电磁波、电机磁场、杂散电流等干扰引发的。外界电磁波干扰主要是由信号电缆引入，通常采用单层或者多层屏蔽进行保护。电流干扰通常采取比较良好的单独接地保护即可获得满意测量。流体方面流体内的微小气泡一般情况下影响不了正常的电磁流量计测量，只是测得的流体体积流量为流体和气体之和。流体内的微小气泡增大会使流量计的输出信号产生变化，如果流体内的微小气泡增大到覆盖整个电极表面，将使电极信号回路瞬间断，使所测得的输出信号产生比较大的变化。