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量具检测安阳-认证机构
发布用户:styqjcgs
发布时间:2024-05-19 18:39:38
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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。
TI行业 也是一款规模量产的单芯片CMOS毫米波传感器。传统汽车雷达系统的局限性已经众所周知,传统雷达缺乏分辨率,无法分辨附近的物体。此外,雷达系统还常常发出虚报,并且它们始终无法足够快地信息,以满足高速应用。不过,汽车 也认识到雷达技术的优点,尤其是它们能够在各种天气条件下工作的优势。他们认为雷达可以和视觉传感器一起协作,作为高度自动化车辆中的关键传感技术。人们已经充分了解了雷达系统的优势和劣势,那么问题来了,雷达技术该往什么方向发展呢?TexasInstruments(TI,德州仪器)希望用基于其标准芯片来回答这个问题。
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。
TI行业 也是一款规模量产的单芯片CMOS毫米波传感器。传统汽车雷达系统的局限性已经众所周知,传统雷达缺乏分辨率,无法分辨附近的物体。此外,雷达系统还常常发出虚报,并且它们始终无法足够快地信息,以满足高速应用。不过,汽车 也认识到雷达技术的优点,尤其是它们能够在各种天气条件下工作的优势。他们认为雷达可以和视觉传感器一起协作,作为高度自动化车辆中的关键传感技术。人们已经充分了解了雷达系统的优势和劣势,那么问题来了,雷达技术该往什么方向发展呢?TexasInstruments(TI,德州仪器)希望用基于其标准芯片来回答这个问题。
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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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。
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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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。
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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APD的工作模式分为线性模式和盖革模式两种。当APD的偏置电压低于其雪崩电压时,对入射光电子起到线性放大作用,这种工作状态称为线性模式。在线性模式下,反向电压越高,增益就越大。APD对输入的光电子进行等增益放大后形成连续电流,获得带有时间信息的激光连续回波信号。当偏置电压高于其雪崩电压时,APD增益迅速增加,此时单个光子吸收即可使探测器输出电流达到饱和,这种工作状态称为盖革模式。工作在盖革模式下的APD又被称作SPAD。
APD的工作模式分为线性模式和盖革模式两种。当APD的偏置电压低于其雪崩电压时,对入射光电子起到线性放大作用,这种工作状态称为线性模式。在线性模式下,反向电压越高,增益就越大。APD对输入的光电子进行等增益放大后形成连续电流,获得带有时间信息的激光连续回波信号。当偏置电压高于其雪崩电压时,APD增益迅速增加,此时单个光子吸收即可使探测器输出电流达到饱和,这种工作状态称为盖革模式。工作在盖革模式下的APD又被称作SPAD。
(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。
量具检测安阳-认证机构无源探头非常适合带宽在50MHz以下的测量应用。这是因为无源探头的输入电容在9或10皮法(pF)范围内。这样可以加载受测试器件。这些负载效应随着频率提高而增加。为了避免这种负载效应,有源探头在无源探头的补偿衰减器和示波器输入之间插入了一个放大器。该放大器对连接电缆进行缓冲,让电缆能够端接到标称值为50Ω的特征阻抗。这样可将探头与电缆的容性负载和示波器的输入电路隔离。该放大器旨在程度减小输入电容,标称值为4pF。
量具检测安阳-认证机构无源探头非常适合带宽在50MHz以下的测量应用。这是因为无源探头的输入电容在9或10皮法(pF)范围内。这样可以加载受测试器件。这些负载效应随着频率提高而增加。为了避免这种负载效应,有源探头在无源探头的补偿衰减器和示波器输入之间插入了一个放大器。该放大器对连接电缆进行缓冲,让电缆能够端接到标称值为50Ω的特征阻抗。这样可将探头与电缆的容性负载和示波器的输入电路隔离。该放大器旨在程度减小输入电容,标称值为4pF。