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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。

互电容是的液位测量方法，其主要原因之一是它无需测量传感器的寄生电容。说到电容感应技术，我们首先想到的是不同设备的用户界面所使用的电容感应按钮。但这是电容感应技术的用途吗？非也。该项技术可用于任何系统输入可能引起电容变化的应用。电容传感器在许多应用中可以取代传统技术，如液体位置测量、湿度感应、金属物体检测等。它不会受环境条件变化的影响，同时更加可靠和稳定。液体位置测量也是咖啡机等家用电器的一项重要功能。
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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另外，作为环境特性，也是随着传感器变化的。传感器的性能测试就是通过各种试验建立传感器的输入量和输出量之间的关系，确定出传感器在不同使用条件下的误差关系。性能测试的基本方法是利用标准设备产生已知的非电量（如标准力、压力、位移、速度、加速度、温度、流量等）作为输入量，输入到待测试的传感器中，通过测试系统，得到传感器的输出量。对传感器的输出量与输入的标准量按照规定的方法进行数据，从而得到一系列性能测试数据，这些数据就作为传感器的技术指标。
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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提出的这种基于马赫-曾德调制器（MZM）的有效的DMT信号调制结构不同于传统的调制方式，我们提出的方式对信号的强度和相位都进行调制。通过调节MZM的偏置电压，光载频的功率可以大大的降低。在接收端，利用相干检测和数字载频再生的方法来恢复DMT信号，而不需要载波频率和相位估计。首先通过数值防止验证了方案的可行性，如所示，我们的方案的Q-参数代价比传统的DCR小0.6dB以上，激光器线宽，方案的优势越大。

(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。

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