壓力傳感器測試系統的動態校準及特性分析

張維

（四川信息職業技術學院，四川 廣元 628000）

引言：壓力傳感器通過靈活爆炸后會產生一定的壓力，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，經過一系列計算得出。由于爆炸產生的沖擊波屬于動態變化的信號，所以在使用壓力傳感器當中的靜態靈敏度對其進行計算的時候，會產生一定的誤差，會給動態測試的精度帶來一定的影響。為了更加準確地測試出沖擊波壓力，必須對傳感器進行動態的標定。

一、利用激波管校準壓力測試系統的主要原理

壓力傳感器測試系統的動態特性當中包含的指標有很多種，其中最重要的指標就是動態性能指標以及動態數學模型。目前所使用的壓力傳感器一般等效主要為二階系統，在制作工藝等技術條件的影響和限制下，導致現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生激勵，因此傳感器所輸出的信號會產生震蕩【1】，從而加大動態的誤差。為了保證測試結果的精確度，傳感器的模型可以補償測試結果，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，然后還能夠進一步地優化傳感器的動態模型。

激波管在對傳感器系統進行激勵的時候，可以梗準確地獲取傳感器系統的動態特性。針對其動態特性進行標定的時候，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行激勵，進而傳感器就會出現震蕩現象，最后再用采集卡采集傳感器的輸出信號。把采集到的一些數據進行分析和研究，對各項動態指標進行一個確認。為了更加準確地計算出壓力傳感器的動態靈敏度，可以把躍階信號壓力值以及傳感器響應輸出的穩定值代入到公式當中進行計算。

整個標定系統還是比較復雜的，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。在整個實驗過程當中，激波管的用處主要就是對電壓力傳感器的動態響應性能進行標定【2】；為了保證記錄的數據更加準確，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、動態校準與特性分析

影響到測試系統動態特性的不僅僅包括傳感器，調理電路也會對其造成一定的影響。把傳感器和調理電路看作一個整體，對這兩者進行一個動態標定，就能夠了解測試系統的實際動態特性。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，整個測試系統還需要采用調理電路自制采集存儲電路。壓力傳感器的小阻尼線性系統階躍信號會對壓力傳感器帶來激勵，使震蕩信號能夠出現，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束一段時間以后再進行，只有這樣，才能夠確保動態校準的準確度。每一只傳感器的規格要相同，為了保證其準確性還要對其進行標定，通常情況下，標定一次是不合理的，要通過三次標定才能保證其靈敏度和準確定。

三、確定壓力傳感器的動態模型

在對數據進行處理的時候，為了從中獲得更好的補充效果，一般都會把壓力傳感器的二階系統當做比較高階次的系統。可是階次太高的話，整個計算的工作量就會加大，同時補償的效果也不太明顯【3】。所以在此之前需要對傳感器的階次進行一個驗證，從而保證模型的結構更加地精確。本篇文章主要是利用最小二乘法對傳感器的響應數值進行判定。激波管產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。為了使辨別計算更加的方便，可以對傳感器的輸出進行歸一化處理。在對階次進行辨別的時候，可以利用殘差方差的方法得出具體的數值。根據所得數據可以看出一個結論，當殘差的方差為2的時候，在系統噪音以及傳感器結構的影響之下，采用高階系統對壓力傳感器系統進行描述會更加的準確。

四、對校準結果的不確定因素進行分析

測試系統動態特性的不確定度是由很多因素引起的，其校準結果代表的是傳遞函數當中的系數在某一個置信區間的變化范圍【4】。在對結果進行校準的時候，一些不確定度會影響到標定結果的準確性。根據公式可以得出，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果造成一定的影響。

結束語

在對傳感器進行動態標定時我們通常會選用激波管，這是由于動態測試現場對于校準有一定的要求校準以后，還能夠分析校準結果對測試系統的動態特性。當傳感器模型的階數確立下來以后，需要先校準數據，以便更好的對測試結果進行補償和修訂，發現在動態校準過程中的一些誤差，并加以分析。由于傳感器的靜態靈敏度和動態靈敏度之間存在著一定的差異，因此就會對測試結果造成比較大的影響，如果采用動態靈敏度進行測量，那么誤差就會降低，準確性會大大提升。