1 測量系統(tǒng)及原理
　　1.1 測量系統(tǒng)
　　壓電式微壓傳感器靈敏度及頻響的測量系統(tǒng)由信號發(fā)生器,功率放大器、測試腔和示波器組成,如圖1所示。測試腔為圓桶狀,底部裝有聲發(fā)射換能器,上蓋安裝標準傳感器和被測傳感器,腔內(nèi)充滿硅油。信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號,通過功率放大器放大信號功率,輸入發(fā)射換能器,驅動換能器振動并產(chǎn)生聲波。標準傳感器和被測傳感器同時接收波動信號,其輸出分別通過示波器通道1和通道2示出,比較示波器兩通道輸出波形的峰值電壓,即可測量被測傳感器的靈敏度。調(diào)整信號發(fā)生器的頻率,可測量靈敏度隨頻率的變化情況,獲得傳感器的頻響特性。
                                
      
                         圖1　 壓電式微壓傳感器測量系統(tǒng)
　　1.2 原理
　　采用間接比較法測量傳感器的靈敏度,在聲場均勻的油腔內(nèi),距發(fā)射源相同距離處放置標準傳感器和被測傳感器,兩傳感器同時接收換能器發(fā)射的聲波信號,用示波器分別測量2只傳感器的輸出峰值電壓V標和V測,得到V標/V測=M標/M測,即
　　M測=M標/V測/V標, （1）
　　式中M標和M測分別為標準傳感器和被測傳感器的靈敏度,V/Pa;V標和V測為標準水聽器和被測傳感器的輸出電壓,V。由式（1）可計算出被測傳感器的靈敏度。
2 實驗
　　實驗用標準傳感器采用壓電陶瓷球狀水聽器,它是一種接收聲波信號的壓力傳感器,經(jīng)*水聲計量站標定,水聽器的靈敏度M標=87.1μV/Pa,靈敏度的不確定度為±5μV/Pa,諧振頻率大于60kHz。雖然水聽器的工作頻帶較寬,但測量系統(tǒng)的工作頻率上限受油腔尺寸的限制。通常腔體的設計尺寸應不大于四分之一波長,以保證腔內(nèi)聲場的均勻性,系統(tǒng)的工作頻率高,腔體的尺寸小,限制了被測傳感器的尺寸。系統(tǒng)的測量頻率理論上不存在下限,但實際中腔內(nèi)的發(fā)射器在低頻時發(fā)射功率較低,信噪比較小,限制了頻率下限。本實驗系統(tǒng)的設計頻帶為20Hz～4kHz。
　　實驗樣品采用北京信息工程學院研制的YLC-A型壓電式微壓傳感器,樣品數(shù)為3只。將傳感器安裝在測試腔蓋樣品架上,輸出端與腔蓋上的樣品輸出引線連接,扣緊腔蓋,按圖1所示連接系統(tǒng)。由于傳感器內(nèi)裝前置放大器,需提供直流電源工作,電源加在腔蓋上被測傳感器輸出端。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號,信號幅度不宜過大,以避免傳感器輸出失真。選取多個信號頻率,分別測量每個頻率點兩傳感器的輸出電壓,在1kHz處示波器上的標準傳感器波形（1）的峰-峰值電壓為145.5mV;被測傳感器波形（2）的峰峰值電壓為5.85V。將V標和V測代入式（1）算出被測傳感器的靈敏度。根據(jù)計算結果繪制傳感器的靈敏度隨頻率變化曲線,如圖2所示,從而得到傳感器的頻率響應范圍。

 

                                 圖2 傳感器靈敏度測量曲線
　　為檢測測量系統(tǒng)的重復性,實驗對1#傳感器進行了重復測量,圖3示出2次測量的靈敏度變化曲線。

 

                             圖3 　傳感器兩次靈敏度測量曲線
3 結論
　?。?）采用均勻聲腔硅油介質中傳播的聲波作為壓力源,用比較法比較標準傳感器和被測傳感器的輸出,可有效地測量壓電式微壓傳感器的靈敏度及頻率響應特性。3只傳感器的測量靈敏度分別為3.05,2.98,2.98mV/Pa,靈敏度波動小于0.5mV/Pa,頻率響應范圍為20～2000Hz。
　?。?）從圖4可看出:油腔波動聲壓測量系統(tǒng)同一樣品的2次測量數(shù)據(jù)（靈敏度及頻率響應范圍）重復性較好,偏差小于0.24mV/Pa。由于測量介質為硅油,每個樣品需置于硅油中測試,測完后需進行清洗,使用不便。下一步應完善測試系統(tǒng),設計防油透聲層保護被測傳感器免于接觸硅油,以簡化操作。