綜合分析動態壓力傳感器性能和特征

動態壓力傳感器越來越多地應用于飛行試驗中，若只標定傳感器的靜態性能指標，則無法對動態測量結果提供依據。本文通過對動態壓力傳感器的靜態特性和動態特性的全面分析，解決了如何獲得其靜態性能指標和動態性能指標，為更好地滿足測試需求提供依據。

一般動態壓力傳感器的性能需要從靜態特性和動態特性兩方面來分析，許多在靜態測量中被認為是非常優良的傳感器，用于動態測量時可能出現很高的動態誤差，無法滿足測試需求。所以為了準確、可靠、不失真地得到被測壓力信號，使用傳感器前不僅要標定它的靜態性能指標，還要標定它的動態性能指標。

動態壓力傳感器的靜態特性分析
        對于動態壓力傳感器的靜態特性分析，一般包括靈敏度、線性度、遲滯、穩定性等靜態性能指標。其中靈敏度是指傳感器的響應變化 ΔY 與激勵變化 ΔX 之比，傳感器的輸出曲線的斜率就是其靈敏度，由于某種原因可能會引起靈敏度的變化，產生靈敏度誤差；線性度又稱非線性，表征校準曲線和擬合直線的偏離程度，其中校準曲線是實際工作中傳感器的輸入輸出特性曲線，擬合直線最常用的是最小二乘法，它使得各點偏差的平方和最小；遲滯是由于施加激勵值的方向不同，傳感器對其輸出不同的響應，它主要是由于敏感元件材料的物理特性和機械零部件存在的缺陷造成的，相對遲滯誤差是正反行程輸出值間最大差值與輸出滿量程值之比。在實驗室標定傳感器的靜態性能指標時，具體框圖如圖1 所示。首先在滿量程范圍內平均取九個壓力點，然后通過壓力標準器對壓力傳感器依次施加這些點，通過采集器采集記錄，最后通過輸出顯示設備顯示其輸出值，如此往復兩遍，最后通過分析這些數據便可得到靜態靈敏度、線性度、遲滯誤差、重復性誤差等性能指標。

動態壓力傳感器的動態特性分析

對于動態壓力傳感器的動態特性分析，一般包括時間常數、上升時間、穩定時間、超調量等時域性能指標和帶寬、諧振頻率、相移等頻域性能指標。在時域分析中，傳感器受某一激勵后其響應輸出隨時間變化的規律受傳感器本身的阻尼比（ε）、自振頻率（ω）、上升時間（t r ）、靈敏度（K）等特性的影響；在頻域分析中，若給線性系統施加某一頻率的正弦信號 x（t）=Xsin（ωt），其輸出也是同頻率的正弦信號 y（t）=Ysin（ωt+ψ），輸出輸入信號的幅值比A=Y/X 和相角差 ψ 都是 ω 的函數，它們能夠反映出系統在不同頻率下的幅頻特性和相頻特性。

動態壓力傳感器的時域分析
        時域性能指標可以通過激波管動態壓力裝置或快開閥動態壓力裝置獲得，激波管動態壓力裝置可以產生上升時間非常短的階躍壓力，而快開閥動態壓力裝置產生壓力的階躍值較高，保持時間可以無限長，且幅值可以精確測量。這兩種方法各有優點，可以根據具體需求進行選擇。

為高壓，低壓兩個室，給高壓室不斷加壓力，當加到給定值時，高低壓室之間的膜就會被沖破，氣流就會沖入低壓室，此時產生的激波便會作用于被測壓力傳感器上，傳感器便有輸出響應信號，再通過信號處理，數據采集分析系統，便可測得該壓力傳感器的時域參數。

快開閥動態壓力裝置具體框圖如圖 3 所示，它通過快速打開快開閥門給被校傳感器一個階躍信號，只是該階躍信號的上升時間不如激波管快，它由低壓室的尺寸、流體的粘性和閥門開啟速度共同決定，它的輸出響應再通過信號調理電路輸出，待足夠長的穩定時間之后，傳感器的穩態輸出等時域參數也可被測量。

動態壓力傳感器的頻域分析
激波管動態壓力裝置具體框圖如圖 2 所示，把激波管分頻域性能指標可以通過正弦動態壓力裝置獲得，具體框圖如圖 4 所示。其中正弦壓力發生器也可有活塞式，諧振式，駐波管式等很多種，它們各有優缺點，如活塞式可產生很大的峰峰值，但其工作頻率只有幾十赫茲，駐波管式產生的峰峰值不高，但其工作頻率可達七千赫茲，所以需要根據用戶自己的需求來選擇合適的信號發生器。當激勵信號給出后，標準傳感器和感受被測傳感器同時感受到信號，并通過數據采集系統傳給計算機進行比對分析，最后計算機通過數據分析與處理，便可得到該系統的幅頻特性和相頻特性。