改造者：阎 玲

一种脉动压力比对校准误差修正数据处理方法

改造者：阎 玲

依据行业规程，为了满足某型飞机垂尾抖振科目试飞测试要求，基于脉动压力传感器测试中，针对产生的误差原因分析，提出了飞行试验中比对校准误差修正数据处理方法。

随着航空技术的不断进步，动态压力测量技术得到迅猛发展，使得动态压力测试技术在测试脉动压力时，可以获得准确结果。在被测量的物理量随时间变化的情况下，传感器的输出能否良好地跟随输入量变化是一个很重要的问题，有时传感器尽管其静态性能非常好，但由于不能很好地跟随输入量变化而导致误差。在脉动压力测试中，测量误差大小直接影响飞行测试结果，如果不能保证脉动压力传感器的精度，就无法满足飞机垂尾抖振科目试飞测试要求。因此，对于飞行中所使用的脉动压力传感器，必须定期对其各项技术性能指标进行校准，以此来确定其灵敏度和误差范围，最终达到整个测试系统的可靠精度，如何保证飞行试验数据准确可靠，可靠的校准方法和数据处理至关重要。

误差原因分析

通常飞行试验中稳态压力传感器测试用标准压力源进行内场校准，由于脉动压力传感器安装在垂尾壁面无法进行内场校准，传感器未装机前由于传感器结构限制也不能进行实验室内场校准。测试精度的主要部分是压力传感器校准，传统方法是沿用厂家出厂时标定的传感器灵敏度进行计算给出校线， 这种方法在试飞试验中发现误差较大，其误差原因是：

（1）传感器本身漂移使出厂后传感器灵敏度有变化，使用出厂时的灵敏度已不可行。脉动压力传感器测试中，桥压的精确度直接决定了动态压力传感器的信号输出精度，由于动态压力传感器的输出信号较小，灵敏度大致为4 mv/psi，信号满量程输出也仅为100mV左右，桥压的微小波动，也会引起灵敏度的改变。

（2）传感器制造中自身零位存在，传感器的零位一致性差，变化范围可达-12mv/psi ——12mv/psi，造成了误差的存在。一直以来未能对压力传感器误差提出相应的改进方法，测试精度就无法保证。不解决误差的存在将导致测试系统测量不准确，无法获取可靠的飞行试验数据。

根据以上两点导致的误差原因分析，在无标定方法借鉴的情况下，针对误差的存在，在实验的基础上，依据行业规范，提出了比对校准误差修正数据处理方法的研究，首次用于飞行试验中。

一般常用标校方法

静态校准

依据测量和监控装置对比校准规程（BMI.QEMS）

比对：是在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准标准或工作计量器具之间的量值进行比较。

校准：是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量的示值误差。

静态校准主要是利用压力标准器按照传感器的测量范围，均匀地施加标准压力来测量传感器灵敏度，非线性以及重复性，迟滞等静态误差指标。

动态校准

动态校准是建立在静态校准的基础上，动态校准主要是测出传感器的上升时间，固有频率等动态性能指标。在实际测试过程中，传感器的上升时间是指其输出从稳态值的10％上升到所需的时间，传感器动态校准是在校准激波管上进行的。

图1　比对校准框图

比对校准误差修正方法

测量和监控装置对比校准规程（BMI.QEMS），是实验方法依据。实验中具体做法：

比对校准框图如下图1。

标定传感器做标准：

在实验室选一个同量程范围的传感器对其进行标定，给出输入--输出关系。（Y：物理量--- X： 码值），由于最小二乘法是数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，所以选用最小二乘方法做数据量值传递。最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。通过给出标准实验数据得出实验室标定传感器标准公式（1）由实验室标定数据得出：y = 0.00795715 x -10.50409437 ---- （1） 可已知输入与输出关系。

标准传感器与实测传感器进行比对

1）用在实验室标定的标准传感器给出的输入输出关系式（1），将综合采集测试系统实际测出参数码值带入公式（1）中计算出物理量。

2）用在实验室标定的原始传感器给出的输入输出关系式（2），将综合采集测试系统实际测出参数码值带入公式（2）中计算出物理量。

进行实测系统测试参数与标准传感器物理量比对。通过比对计算出物理量

偏差值。

其应用方法如下：

原始数据输入（X）---输出（Y）

Y： kPa X： 码 值6.895 1050 68.950 12435 137.900 25091 206.850 37728 275.800 50381 344.750 63013

由数据得出：y = 0.00545229 x + 1.14269762 -----（2）

综合采集测试系统实际测出参数码值为：13450，将码值分别带入式（1）（2）中，经计算得到96.519 kPa和74.48kPa。

通过公式（1）与公式（2）实际测量数据进行比对，找出标准传感器与实际测试参数传感器偏差值，进行数据处理。

数据处理

由于传感器自身零位存在，在数据处理时必须根据各个不同的传感器特性，通过比对方法分别计算出每个测量点修正量后进行数据处理并对零位逐一进行数据修正，最终给出校准数据校线。

修正后的数据输入（X）---输出（Y）

Y： kPa X： 码 值28.954 1050 91.009 12435 159.959 25091 228.909 37728 297.859 50381 366.809 63013

由数据得出：y = 0.00545229 x + 23.20169762 -----（3）

用标准压力仪器验证：

用一个标准压力仪器，精度（0.02％）进行现场测试场压96.15kPa，对所进行的实验数据验证分析如下。

公式（Y：kPaX：码值）计算物理量误差（％）标准传感器y=0.00795715x-10.50409437 96.519kPa 0.109原始数据y=0.00545229x+1.14269762 74.48kPa 6.37修正后y=0.00545229x+23.20169762 96.535kPa 0.113

通过以上测试结果分析得出：如果按传统方法校准将带来6.37％的相对误差，通过比对和数据处理修正方法后相对误差为0.113％，满足测试的要求。经过最小二乘法数据计算后，斜率并未改变，只是常数改变了，通过标准压力仪器验证，进行脉动压力校准时采用比对校准误差修正数据处理方法可行。

结束语

实践证明，比对校准方法解决了脉动压力传感器校准精度误差的问题。比对校准方法误差小 精度高，是行之有效的一种方法，目前此方法已在科研试飞中得到应用，在飞行测试数据中得到了满意的结果，满足了测试的要求，此方法可以为后续制定脉动压力传感器校准标准提供借鉴。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.038