壓力傳感器測試系統(tǒng)的動態(tài)校準(zhǔn)及特性分析

張維

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628000）

引言：壓力傳感器通過靈活爆炸后會產(chǎn)生一定的壓力，也就是我們通常所說的沖擊波壓力，爆炸波主要是通過傳感器來獲取反射壓力，經(jīng)過一系列計算得出。由于爆炸產(chǎn)生的沖擊波屬于動態(tài)變化的信號，所以在使用壓力傳感器當(dāng)中的靜態(tài)靈敏度對其進(jìn)行計算的時候，會產(chǎn)生一定的誤差，會給動態(tài)測試的精度帶來一定的影響。為了更加準(zhǔn)確地測試出沖擊波壓力，必須對傳感器進(jìn)行動態(tài)的標(biāo)定。

一、利用激波管校準(zhǔn)壓力測試系統(tǒng)的主要原理

壓力傳感器測試系統(tǒng)的動態(tài)特性當(dāng)中包含的指標(biāo)有很多種，其中最重要的指標(biāo)就是動態(tài)性能指標(biāo)以及動態(tài)數(shù)學(xué)模型。目前所使用的壓力傳感器一般等效主要為二階系統(tǒng)，在制作工藝等技術(shù)條件的影響和限制下，導(dǎo)致現(xiàn)在正在使用的傳感器的工作頻道比信號的波頻要窄一些，由于沖擊波信號會產(chǎn)生激勵，因此傳感器所輸出的信號會產(chǎn)生震蕩【1】，從而加大動態(tài)的誤差。為了保證測試結(jié)果的精確度，傳感器的模型可以補(bǔ)償測試結(jié)果，使測試的精確度能夠得到提升。針對傳感器對于輸入信號的響應(yīng)程度，在識別最接近傳感器模型的階次時，可以利用最小二乘法，然后還能夠進(jìn)一步地優(yōu)化傳感器的動態(tài)模型。

激波管在對傳感器系統(tǒng)進(jìn)行激勵的時候，可以梗準(zhǔn)確地獲取傳感器系統(tǒng)的動態(tài)特性。針對其動態(tài)特性進(jìn)行標(biāo)定的時候，首先需要把壓力傳感器和激波管的末端安裝到一起，激波管的壓力信號會對傳感器進(jìn)行激勵，進(jìn)而傳感器就會出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，最后再用采集卡采集傳感器的輸出信號。把采集到的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，對各項動態(tài)指標(biāo)進(jìn)行一個確認(rèn)。為了更加準(zhǔn)確地計算出壓力傳感器的動態(tài)靈敏度，可以把躍階信號壓力值以及傳感器響應(yīng)輸出的穩(wěn)定值代入到公式當(dāng)中進(jìn)行計算。

整個標(biāo)定系統(tǒng)還是比較復(fù)雜的，它是由激波管、測速傳感器以及高壓空氣瓶等一系列部件組成的。在整個實驗過程當(dāng)中，激波管的用處主要就是對電壓力傳感器的動態(tài)響應(yīng)性能進(jìn)行標(biāo)定【2】；為了保證記錄的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，可以使用多通道采集卡，它主要就是記錄激波到底每一個測速傳感器所用的時間。

二、動態(tài)校準(zhǔn)與特性分析

影響到測試系統(tǒng)動態(tài)特性的不僅僅包括傳感器，調(diào)理電路也會對其造成一定的影響。把傳感器和調(diào)理電路看作一個整體，對這兩者進(jìn)行一個動態(tài)標(biāo)定，就能夠了解測試系統(tǒng)的實際動態(tài)特性。在開始本次實驗的時候，所選用的壓力傳感器可以是壓阻型的，主要作用是連接壓力傳感器和和激波管的末端，整個測試系統(tǒng)還需要采用調(diào)理電路自制采集存儲電路。壓力傳感器的小阻尼線性系統(tǒng)階躍信號會對壓力傳感器帶來激勵，使震蕩信號能夠出現(xiàn)，接著這些信號的振幅會衰減，因此，在輸入躍階壓力信號的時候必須在震蕩信號結(jié)束一段時間以后再進(jìn)行，只有這樣，才能夠確保動態(tài)校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。每一只傳感器的規(guī)格要相同，為了保證其準(zhǔn)確性還要對其進(jìn)行標(biāo)定，通常情況下，標(biāo)定一次是不合理的，要通過三次標(biāo)定才能保證其靈敏度和準(zhǔn)確定。

三、確定壓力傳感器的動態(tài)模型

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時候，為了從中獲得更好的補(bǔ)充效果，一般都會把壓力傳感器的二階系統(tǒng)當(dāng)做比較高階次的系統(tǒng)。可是階次太高的話，整個計算的工作量就會加大，同時補(bǔ)償?shù)男Ч膊惶黠@【3】。所以在此之前需要對傳感器的階次進(jìn)行一個驗證，從而保證模型的結(jié)構(gòu)更加地精確。本篇文章主要是利用最小二乘法對傳感器的響應(yīng)數(shù)值進(jìn)行判定。激波管產(chǎn)生的壓力信號就是躍階信號，壓力傳感器的輸出就是對躍階信號的響應(yīng)。為了使辨別計算更加的方便，可以對傳感器的輸出進(jìn)行歸一化處理。在對階次進(jìn)行辨別的時候，可以利用殘差方差的方法得出具體的數(shù)值。根據(jù)所得數(shù)據(jù)可以看出一個結(jié)論，當(dāng)殘差的方差為2的時候，在系統(tǒng)噪音以及傳感器結(jié)構(gòu)的影響之下，采用高階系統(tǒng)對壓力傳感器系統(tǒng)進(jìn)行描述會更加的準(zhǔn)確。

四、對校準(zhǔn)結(jié)果的不確定因素進(jìn)行分析

測試系統(tǒng)動態(tài)特性的不確定度是由很多因素引起的，其校準(zhǔn)結(jié)果代表的是傳遞函數(shù)當(dāng)中的系數(shù)在某一個置信區(qū)間的變化范圍【4】。在對結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)的時候，一些不確定度會影響到標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)公式可以得出，大氣壓力值與氣體的溫度，還有測速傳感器的距離等會對反射激波躍階壓力的測試結(jié)果造成一定的影響。

結(jié)束語

在對傳感器進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定時我們通常會選用激波管，這是由于動態(tài)測試現(xiàn)場對于校準(zhǔn)有一定的要求校準(zhǔn)以后，還能夠分析校準(zhǔn)結(jié)果對測試系統(tǒng)的動態(tài)特性。當(dāng)傳感器模型的階數(shù)確立下來以后，需要先校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以便更好的對測試結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和修訂，發(fā)現(xiàn)在動態(tài)校準(zhǔn)過程中的一些誤差，并加以分析。由于傳感器的靜態(tài)靈敏度和動態(tài)靈敏度之間存在著一定的差異，因此就會對測試結(jié)果造成比較大的影響，如果采用動態(tài)靈敏度進(jìn)行測量，那么誤差就會降低，準(zhǔn)確性會大大提升。