压力传感器动态特性与补偿技术研究
本文选题：压力传感器 切入点：动态测量 出处：《中北大学》2017年硕士论文
【摘要】：随着科学技术的发展,在科学研究、技术开发和工程实践等领域越来越多地要求进行动态压力测量,要求深入地了解许多瞬态过程中压力的变化规律。压力传感器是压力测试系统的核心部件,其动态特性决定着整个系统的动态性能。本文主要研究压力传感器的动态特性,具体研究内容如下:(1)构建了正弦压力动态实验系统平台,该实验平台由压力调节系统、频率调节系统、正弦压力发生器、信号调理系统、参考传感器和数据采集系统等组成。利用LabVIEW设计了正弦压力动态实验系统平台的应用软件,实现了对所采集数据的读取、显示和分析。针对PCB公司113B38系列某压电式压力传感器,通过正弦激励比对了该传感器和参考传感器的特性,并得到了该传感器在相同压力不同频率点处的波形相对失真度。波形相对失真度在0.4Hz时为34.74%,在1kHz时为0.61%。通过重复性实验对正弦压力动态实验系统平台在100Hz~5kHz范围内的5个频率点的不确定度进行了分析。(2)为了研究压力传感器的高频动态特性,本文在激波管动态实验系统平台上对ENDEVCO公司8530C系列某压阻式压力传感器和PCB公司113B26系列某压电式压力传感器进行了动态校准实验,获取了传感器的上升时间、超调量、动态灵敏度等动态性能指标。通过重复性实验对这些时间域指标的动态重复性进行了分析,计算的动态重复性最大为12.22%。运用改进的最小二乘算法分别建立了8510C系列和8530C系列某传感器的数学模型,估计了其工作频带、通频带等频率域动态性能指标。通过重复性实验对频率域动态指标的动态重复性进行了分析,计算的动态重复性最大为3.85%。(3)针对瞬态压力测试中传感器动态特性不足的情况,在研究零极点配置设计补偿滤波器理论的基础上,对上述8510C和8530C系列的两支传感器进行了补偿。其±2%幅值误差的工作频带由之前的14.85kHz和34.55kHz拓宽到104.1kHz和188.2kHz。通过对压力传感器动态特性实验和动态补偿方法的研究,可以较好地了解传感器低频、高频以及较完整的幅频特性,同时验证了传感器动态特性补偿方法的有效性。
[Abstract]:With the development of science and technology, more and more dynamic pressure measurement is required in the fields of scientific research, technology development and engineering practice.The pressure sensor is the core component of the pressure test system, and its dynamic characteristics determine the dynamic performance of the whole system.This paper mainly studies the dynamic characteristics of the pressure sensor, the specific research contents are as follows: (1) the sinusoidal pressure dynamic experimental system platform is constructed. The experimental platform is composed of pressure regulation system, frequency regulation system, sinusoidal pressure generator, signal conditioning system, the experimental platform is composed of pressure regulation system, frequency regulation system, sinusoidal pressure generator and signal conditioning system.Reference sensor and data acquisition system.The application software of sinusoidal pressure dynamic experimental system platform is designed by using LabVIEW, which can read, display and analyze the collected data.For a piezoelectric pressure sensor of 113B38 series of PCB Company, the characteristics of the sensor and the reference sensor are compared by sinusoidal excitation, and the relative distortion of the waveforms of the sensor at the same pressure and different frequency points is obtained.The relative distortion of the waveform was 34.74 in 0.4Hz and 0.61in 1kHz.In order to study the high frequency dynamic characteristics of the pressure sensor, the uncertainty of five frequency points in the 100Hz~5kHz range of the sinusoidal pressure dynamic experimental system is analyzed by repeated experiments.In this paper, the dynamic calibration experiments are carried out on the platform of shock tube dynamic experimental system for a piezoresistive pressure sensor of ENDEVCO 8530C series and a piezoelectric pressure sensor of 113B26 series of PCB company. The rise time and overshoot of the sensor are obtained.Dynamic performance index such as dynamic sensitivity.The dynamic repeatability of these time domain indexes was analyzed by repeatability experiment, and the calculated dynamic repeatability was 12.22%.By using the improved least square algorithm, the mathematical models of a certain sensor of 8510C series and 8530C series are established, and the dynamic performance indexes in frequency domain, such as frequency band and passband, are estimated.The dynamic repeatability of dynamic index in frequency domain is analyzed by repeatability experiment. The calculated dynamic repeatability is 3.85%.On the basis of studying the theory of zero pole collocation compensation filter, the two sensors of 8510C and 8530C are compensated.The working band of 卤2% amplitude error is widened from 14.85kHz and 34.55kHz to 104.1kHz and 188.2 kHz.Through the research of the dynamic characteristic experiment and the dynamic compensation method of the pressure sensor, the low frequency, high frequency and complete amplitude-frequency characteristics of the sensor can be better understood, and the validity of the compensation method of the dynamic characteristic of the sensor is verified.
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212
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，本文编号：1720803
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