动态压力测试系统及校准实验平台的不确定度研究

摘要

在现代社会，随着科技水平的发展，从蛟龙号到天宫一号，甚至从工业生产到普普通通的日常生活，人们生活的方方面面都离不开各种类型的压力传感器。压力传感器也是众多传感器当中应用最为广泛的传感器之一。因此在测量瞬态压力变化时，压力传感器的动态特性受到越来越多的关注和研究。本文主要针对压力传感器的动态校准系统进行了研究。
　　论文首先分析了压力传感器的工作原理以及压力传感器的动态指标，建立了压力传感器的动态指标的数学表达。
　　其次是构建了压力传感器的动态校准系统平台，该系统由激波管，待校准压力传感器，高速数据采集模块，上位机等组成。利用激波管产生的激波来对待校准的压力传感器进行动态校准。对高速数据采集模块进行简要的介绍，论述了高速数据采集模块的数据缓存方式及输出传输的接口。最终确定了高速数据采集模块所采用的方案。
　　第三是以FPGA为控制核心进行高速数据采集模块的设计，包含了测速模块以及高速采集两个部分。外围电路包括了信号调理部分，高速A/D转换器设计部分，以及USB传输接口设计部分。并实现了以FPGA为核心的激波速度测试系统以及压力传感器的瞬态信号采集系统的程序设计。进行了高速A/D转换器的逻辑时序控制设计，进行了USB传输接口的逻辑时序控制设计。
　　最后对GUM和蒙特卡洛法两种不确定度的概念进行了简要的介绍，针对校准平台和测试系统的不确定度进行了分析与计算。并且为了验证GUM的适用与否，做了多次重复性实验，并用GUM和MCM两种方法均对其计算了不确定度，通过引入数值容差，运用公式进行验证，最后比较得出结果。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1压力传感器动态校准技术研究现状

1．2．2压力传感器测试的研究现状

1．2．3不确定度研究的现状

1．3本文主要研究工作及创新点

1．4本章小结

2压力传感器的动态校准系统设计

2．1压力传感器工作原理与动态特性

2．1．1压力传感器的工作原理

2．1．2压力传感器的动态特性

2．2压力传感器动态校准系统主要结构

2．2．1系统原理

2．2．2激波管的工作原理

2．2．3高速数据采集模块设计

2．3本章小结

3动态压力测试系统设计

3．1外围电路设计

3．1．1信号调理部分选型与设计

3．1．2 A/D采集部分选型与设计

3．1．3 USB电路设计

3．2 FPGA逻辑电路设计

3．2．1 FPGA芯片选型与外围电路设计

3．2．2测速模块设计

3．2．3高速数据采集模块设计

3．2．4 USB数据传输模块设计

3．3本章小结

4不确定度的分析

4．1测量不确定度理论

4．1．1测量不确定度评定模型一

4．1．2测量不确定度评定模型二

4．1．3测量不确定度评定模型三

4．1．4测量不确定度评定模型四

4．1．5测量不确定度评定模型五

4．2基于GUM法的不确定度模型

4．2．1 A类不确定度的计算

4．2．2 B类不确定度的计算

4．2．3不确定度的合成计算

4．3基于激波管的动态压力校准系统的不确定度分析

4．3．1激波管的不确定度分析

4．3．2信号预处理部分及采集模块的不确定度分析

4．4减小不确定度的应对措施

4．5本章小结

5基于MCM法对GUM法测量不确定度评定的验证

5．1基于蒙特卡罗方法的不确定度分析概述

5．1．1针对已知误差传递函数的系统

5．1．2针对未知误差传递函数的系统

5．2基于MCM的不确定度评定评定

5．3基于MCM法对GUM法的测量本系统不确定度的验证

5．4本章小结

6总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢