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轻工实验室云浮-认证单位
发布用户:styqjcgs
发布时间:2024-05-18 18:31:47
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世通仪器关于高温微压力传感器校准实的研究
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。
但使用较高分辨率(16位或16位以上)的系统时,传递函数的响应和理想的响应之间将存在较大的偏差。这是因为由A/D转换器及驱动器电路产生的噪声可降低该转换器的分辨率。此外,如果一种直流(DC)电压被施加到理想A/D转换器的输入端并进行了多次转换,那么数字输出应始终是同一个代码。但在现实中,输出代码却成了多个代码,在多个位置上分布(见下图的红点群集),具体取决于系统总噪声,其它因素还包括电压参考和驱动器电路。
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。
但使用较高分辨率(16位或16位以上)的系统时,传递函数的响应和理想的响应之间将存在较大的偏差。这是因为由A/D转换器及驱动器电路产生的噪声可降低该转换器的分辨率。此外,如果一种直流(DC)电压被施加到理想A/D转换器的输入端并进行了多次转换,那么数字输出应始终是同一个代码。但在现实中,输出代码却成了多个代码,在多个位置上分布(见下图的红点群集),具体取决于系统总噪声,其它因素还包括电压参考和驱动器电路。
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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很多测试项目(乘用车路试)很难重复进行,因此对数据保存的可靠性提出了更高的要求。横河的SMARTDAC+系列采集器,采用本地存储设计,仪器内置非易失性大内存,按照时间间隔(保存周期)分割保存到内存的数据文件,会同时自动保存至外部SD存储卡从而实现数据的双重备份。将数据保存至SD存储卡时,如果SD卡的可用空间不足,仪器会按照数据的更新时间 早的文件,然后保存新文件。该功能称为FIFO(先进先出),可以被手动关闭。
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。
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很多测试项目(乘用车路试)很难重复进行,因此对数据保存的可靠性提出了更高的要求。横河的SMARTDAC+系列采集器,采用本地存储设计,仪器内置非易失性大内存,按照时间间隔(保存周期)分割保存到内存的数据文件,会同时自动保存至外部SD存储卡从而实现数据的双重备份。将数据保存至SD存储卡时,如果SD卡的可用空间不足,仪器会按照数据的更新时间 早的文件,然后保存新文件。该功能称为FIFO(先进先出),可以被手动关闭。
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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此外,对于同一信号,使用不同数字示波器测得的结果却不相同。产生这些问题的原因与数字示波器的选择有直接的关系。数字示波器的主要性能指标在选择数字示波器时,我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号,即显示信号与被测信号的一致性。数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力,下面根据其主要性能指标进行详细分析。带宽如所示,数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号,当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7%时的频率值(即f-3dB)。
此外,对于同一信号,使用不同数字示波器测得的结果却不相同。产生这些问题的原因与数字示波器的选择有直接的关系。数字示波器的主要性能指标在选择数字示波器时,我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号,即显示信号与被测信号的一致性。数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力,下面根据其主要性能指标进行详细分析。带宽如所示,数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号,当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7%时的频率值(即f-3dB)。
(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。
轻工实验室云浮-认证单位夹钳法(耦合法)通过耦合夹钳卡住电缆本体(要求两端铠装必须接地),可带电查找电缆路径。耦合法接线示意图3.测试方法原理电流流经金属导体时,就会产生相应的磁场。所示的是向线芯与金属护层之间注入电流信号的接线等效电路图,从图中可知,电流从线芯进入,经金属护层与大地返回。线芯与金属护层都是金属导体,通过电流时都会产生相应的磁场,但线芯与金属护层中的电流方向是相反的,其产生的磁场方向也必是相反的,如果两者中的电流值相等,磁场就会相互抵消,在电缆周围就不会有相应的磁场。
轻工实验室云浮-认证单位夹钳法(耦合法)通过耦合夹钳卡住电缆本体(要求两端铠装必须接地),可带电查找电缆路径。耦合法接线示意图3.测试方法原理电流流经金属导体时,就会产生相应的磁场。所示的是向线芯与金属护层之间注入电流信号的接线等效电路图,从图中可知,电流从线芯进入,经金属护层与大地返回。线芯与金属护层都是金属导体,通过电流时都会产生相应的磁场,但线芯与金属护层中的电流方向是相反的,其产生的磁场方向也必是相反的,如果两者中的电流值相等,磁场就会相互抵消,在电缆周围就不会有相应的磁场。
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