海櫻，李程，商一奇

（航空工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095）

0 引言

在航空領(lǐng)域，為保證飛機(jī)正確安全地飛行并完成各種復(fù)雜的任務(wù)，必須在飛機(jī)的關(guān)鍵部位和不同的機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的傳感器，在一架現(xiàn)代飛機(jī)上安裝的各種傳感器數(shù)量多達(dá)幾百個甚至上千個。傳感器除了直接安裝在飛機(jī)上用來保證飛機(jī)安全飛行外，還被廣泛應(yīng)用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)試驗(yàn)等各類地面試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)中，用以完成一些飛機(jī)特殊參數(shù)的測量，這些傳感器統(tǒng)稱為航空傳感器［1］。

我國航空傳感器發(fā)展歷程雖短，但近年來國內(nèi)航空傳感器行業(yè)發(fā)展迅速，正在逐步縮短與國外的差距。隨著新材料、新工藝、新技術(shù)在航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，航空傳感器呈現(xiàn)出微小型化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢［2］。航空傳感器作為航空測試系統(tǒng)五大基本單元中的變量轉(zhuǎn)換單元，用以測量飛機(jī)、各種輔助裝置和任務(wù)設(shè)備的壓力、溫度、加速度、速度、位移等重要參數(shù)，其性能好壞將直接影響航空飛行器的使用壽命和飛行安全、航空產(chǎn)品地面試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、可靠性。由于航空傳感器品類繁多，技術(shù)要求高，大量的航空傳感器又常常工作在高溫、高空、劇烈震動的惡劣環(huán)境下，因此需要采用有效的方法對航空傳感器的性能進(jìn)行評價，保證傳感器在工作環(huán)境下測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本文基于航空傳感器在實(shí)際工作環(huán)境中存在的問題，對國內(nèi)外航空傳感器的性能評價方法現(xiàn)狀進(jìn)行了對比研究，并對未來進(jìn)行航空傳感器實(shí)際工作環(huán)境下的性能評價方法研究提出了一個可能的發(fā)展方向。

1 存在問題

隨著航空技術(shù)的不斷突破，航空飛行器正逐步進(jìn)入高溫、高空、高速的新發(fā)展階段，很多航空傳感器需要工作在劇烈震動、高溫、高壓、腐蝕性等極端惡劣的實(shí)際工作環(huán)境中，這給傳感器的使用帶來了巨大的問題與挑戰(zhàn)。例如，位于飛行器發(fā)動機(jī)中的壓力傳感器常常需要工作在不穩(wěn)定并且溫度范圍在600～l800℃的氣流環(huán)境中，而脈沖爆震發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)部環(huán)境溫度更是高達(dá)1000℃以上。由于氣流接觸到了燃燒室，因此壓力傳感器對氣壓的檢測起到了控制氣體和燃料混合物的重要作用，一旦壓力傳感器測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，將會大大增加飛行器失控的風(fēng)險［3］。

現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，發(fā)動機(jī)在工作過程中容易出現(xiàn)氣動性能不穩(wěn)定現(xiàn)象，為了維持發(fā)動機(jī)的正常工作，在飛機(jī)上配備了防喘系統(tǒng)。作為防喘系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，喘振差壓傳感器通過測量壓氣機(jī)出口的總壓與靜壓之差，結(jié)合其它相關(guān)參數(shù)用于綜合判斷發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，因此，喘振差壓傳感器測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)能否正常工作，一旦出現(xiàn)問題可能造成嚴(yán)重后果。喘振差壓傳感器由于安裝在發(fā)動機(jī)外殼上，其實(shí)際工作條件往往處于高溫、劇烈震動等極為惡劣的環(huán)境下。目前對喘振傳感器的性能校準(zhǔn)普遍只能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下的動靜態(tài)校準(zhǔn)，缺少對喘振差壓傳感器在實(shí)際工作狀態(tài)下性能的準(zhǔn)確評價方法及測量結(jié)果的分析，因此很難判斷喘振傳感器在實(shí)際工作環(huán)境中的性能好壞。

在國外航空飛行中，曾出現(xiàn)過由于傳感器測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確發(fā)生的慘痛事故。在2019年初發(fā)生的埃塞俄比亞航空公司飛機(jī)失事中，墜機(jī)航班的黑匣子數(shù)據(jù)顯示，波音737 Max飛機(jī)上的攻角傳感器錯誤地激活了機(jī)上的自動系統(tǒng)，推斷由此引發(fā)了墜機(jī)事件。相關(guān)研究也表明如果機(jī)上的攻角傳感器周圍有水，那么當(dāng)飛機(jī)飛行到一定高度時，可能因?yàn)楦呖蘸洵h(huán)境結(jié)冰而導(dǎo)致傳感器的性能受到影響甚至發(fā)生故障，當(dāng)飛機(jī)遇到鳥類撞擊時，該傳感器也發(fā)生過數(shù)據(jù)錯誤的情況。由此可見，航空傳感器在復(fù)雜的實(shí)際工作環(huán)境中時，其性能可能發(fā)生變化甚至產(chǎn)生失效，傳感器在實(shí)驗(yàn)室條件下的性能評價方法不能滿足其在實(shí)際工況下的使用要求。

目前，對于航空傳感器在實(shí)驗(yàn)室條件下的常規(guī)計量校準(zhǔn)及性能評價手段已基本成熟，對航空傳感器的性能評價大多集中在實(shí)驗(yàn)室條件下的性能校準(zhǔn)測試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)，缺少傳感器在實(shí)際復(fù)雜工作環(huán)境下的性能評價方法。設(shè)計人員在對傳感器進(jìn)行選型、驗(yàn)收、使用過程中沒有相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)和評價方法，無法判斷航空傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性，會給飛機(jī)的安全正確飛行帶來很大風(fēng)險。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對于實(shí)際工作環(huán)境下航空傳感器性能評價方法的研究還處于起步階段，大多集中在進(jìn)行模擬實(shí)際工作環(huán)境下的校準(zhǔn)裝置研制及采用一定的技術(shù)對傳感器的某些敏感環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行性能補(bǔ)償，沒有形成完整的傳感器性能評價體系。

2.1 模擬實(shí)際工作環(huán)境的校準(zhǔn)裝置研制

實(shí)際工作環(huán)境下的傳感器性能函數(shù)關(guān)系可表示為

式中：T1為工作環(huán)境影響因子；Ui（t）為輸入信號；Uo（t）為輸出信號。

當(dāng)T1=0，即不考慮環(huán)境影響因子時，H（T1）=k，k為常數(shù)，則有

式（2）為傳感器在實(shí)驗(yàn)室條件下的校準(zhǔn)性能函數(shù)。當(dāng)傳感器的性能受環(huán)境因子影響明顯（如溫度、濕度、氣壓、振動等），即T1≠0時，傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下的校準(zhǔn)性能則不同于實(shí)驗(yàn)室條件下的常規(guī)校準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行T1環(huán)境影響因子的模擬，通過將環(huán)境模擬技術(shù)與測量校準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)際工作環(huán)境校準(zhǔn)裝置的研制。典型的模擬實(shí)際工作環(huán)境校準(zhǔn)系統(tǒng)一般由環(huán)境模擬裝置、環(huán)境參數(shù)控制系統(tǒng)和被測傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 模擬實(shí)際工作環(huán)境校準(zhǔn)系統(tǒng)框圖

環(huán)境模擬裝置用于模擬單參數(shù)或多參數(shù)工作環(huán)境條件，環(huán)境參數(shù)控制系統(tǒng)用于保證環(huán)境因素的精度和穩(wěn)定性，將被測傳感器放置在模擬環(huán)境條件下，通過配套的校準(zhǔn)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)傳感器的性能評價。

根據(jù)力傳感器需要使用在高溫、低溫等惡劣環(huán)境的情況，北京航天計量測試技術(shù)研究所的高炳濤等人通過進(jìn)行力發(fā)生裝置、高低溫發(fā)生裝置及連接工裝設(shè)計，研制了一套模擬高低溫條件下的力傳感器性能校準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)了在-80～400℃溫度條件下、力值范圍為10～1000 kN力傳感器的校準(zhǔn)，有效地解決了力傳感器在高低溫條件下的性能評價問題［4］。

慣性加速度計是現(xiàn)代航空技術(shù)中武器裝備系統(tǒng)導(dǎo)航定位、制導(dǎo)控制、姿態(tài)測量等應(yīng)用中的重要組成部分，其實(shí)際工作環(huán)境往往為溫度、濕度、氣壓、噪聲、振動等復(fù)雜環(huán)境，為此各研究機(jī)構(gòu)、高校都在積極地開展加速度計在多參數(shù)復(fù)合環(huán)境下的校準(zhǔn)技術(shù)研究。中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計量測試技術(shù)研究所的董雪明等人開展了高速率大g值慣性系統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)研究，在離心機(jī)上安裝可以在水平和垂直兩個方向旋轉(zhuǎn)的高速轉(zhuǎn)臺，完成了加速度、速度復(fù)合校準(zhǔn)裝置的研制；董雪明等人又以離心機(jī)為主體，復(fù)合了振動臺、溫控試驗(yàn)裝置以及氣壓裝置，完成了加速度、振動、溫度、高度復(fù)合的校準(zhǔn)裝置研制［5］。董雪明還與北京航空航天大學(xué)的關(guān)偉等人將一種由離心機(jī)和振動臺組成的復(fù)合系統(tǒng)引入到加速度計校準(zhǔn)領(lǐng)域，利用離心-振動系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)由恒定值加速度和正弦加速度組成的復(fù)合加速度，成功研制了離心-振動系統(tǒng)的復(fù)合校準(zhǔn)裝置［6-7］，其校準(zhǔn)恒定值加速度最高可達(dá)40 g，正弦加速度頻率范圍是20～2000 Hz。

壓力傳感器在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，包括飛行數(shù)據(jù)系統(tǒng)、環(huán)境與艙壓、機(jī)身中的液壓系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)與輔助電源設(shè)備等。大量的壓力傳感器（比如安裝在航空發(fā)動機(jī)內(nèi)的壓力傳感器）是在高溫、高壓、高熱流、劇烈振動等極為苛刻的條件下工作的。為了實(shí)現(xiàn)光纖壓力傳感器在高溫微小壓力環(huán)境下的性能評價，航天科技集團(tuán)公司四院四十四所的王夢楠等人設(shè)計了一套基于高低溫試驗(yàn)裝置和上位機(jī)人機(jī)軟件的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖2所示，可用于在地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行傳感器實(shí)際測壓環(huán)境的模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性［8］。

圖2 高溫微壓力傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)意圖

目前，實(shí)際工作環(huán)境下的傳感器校準(zhǔn)裝置研制尚未覆蓋全部傳感器參數(shù)，且有些測量系統(tǒng)及計量校準(zhǔn)裝置由于其校準(zhǔn)原理、校準(zhǔn)技術(shù)、校準(zhǔn)軟件和方法等方面原因，在所涉及的變化環(huán)境或極限環(huán)境下，不再具備優(yōu)良的適應(yīng)性以及測量準(zhǔn)確度，該類測量系統(tǒng)及計量校準(zhǔn)裝置不適于作為模擬實(shí)際惡劣環(huán)境的校準(zhǔn)裝置或難度較大［9］。因此，開展模擬實(shí)際工作環(huán)境的傳感器校準(zhǔn)裝置研制具有局限性，僅能滿足部分傳感器、部分參數(shù)、部分環(huán)境因素下的性能評價需求。

2.2 傳感器性能補(bǔ)償技術(shù)

有些航空傳感器，在實(shí)際使用過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些環(huán)境因素會對其性能產(chǎn)生影響。大量傳感器的敏感元件采用金屬或半導(dǎo)體材料，由于金屬和半導(dǎo)體材料對溫度變化具有固有的敏感特性，因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，傳感器的初始零點(diǎn)和輸出靈敏度會產(chǎn)生溫度漂移。為了削弱外部環(huán)境因素對傳感器的性能影響，人們開展了對傳感器的補(bǔ)償技術(shù)研究，其中，較為常見的是溫度補(bǔ)償。

對應(yīng)變式傳感器和壓阻式傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償主要采用硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償方法。硬件補(bǔ)償包括橋臂并聯(lián)電阻法，橋臂熱敏電阻補(bǔ)償法，橋外串并聯(lián)熱敏電阻補(bǔ)償法等。硬件補(bǔ)償通常根據(jù)高低溫環(huán)境下傳感器的測試數(shù)據(jù)，選擇對應(yīng)的溫度補(bǔ)償元件，對傳感器的初始零點(diǎn)和輸出靈敏度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。常見的軟件補(bǔ)償方法有插值法、最小二乘法擬合、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。軟件補(bǔ)償是以測溫元件采集的實(shí)時環(huán)境溫度為依據(jù)，將傳感器的零點(diǎn)、靈敏度與溫度變化的算法集成到高速運(yùn)算的單片機(jī)里，實(shí)現(xiàn)傳感器的實(shí)時溫度補(bǔ)償。采用硬件修正無法進(jìn)行復(fù)雜算法補(bǔ)償并且補(bǔ)償電路也容易受電磁環(huán)境等的影響，相比之下，軟件補(bǔ)償方法精度高，應(yīng)用范圍廣，調(diào)試簡單，因此成為傳感器溫度補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ǎ?0-11］。

應(yīng)變式天平是一種測力傳感器，可用于進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)矢量噴管六分量測力，對航空發(fā)動機(jī)矢量噴管進(jìn)行性能試驗(yàn)時，由于燃燒室的熱傳遞和熱輻射，會給應(yīng)變天平帶來溫度的影響。重慶大學(xué)的湛海華采用具有溫度自補(bǔ)償功能的應(yīng)變計和在測量橋路上串聯(lián)補(bǔ)償電阻相結(jié)合的方法對應(yīng)變式天平進(jìn)行溫度補(bǔ)償，保證天平性能的穩(wěn)定性［12］。

東華大學(xué)的張倩等人采用差分進(jìn)化算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，對壓阻式壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，改善BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在通過訓(xùn)練得到權(quán)值和閾值時易陷入局部極小的問題，有效降低溫度對壓阻式壓力傳感器的影響［13］。南京航空航天大學(xué)的蔣文亮等人以FPGA為核心，搭建了壓力傳感器的硬件構(gòu)架，采用二維線性插值算法對壓力進(jìn)行補(bǔ)償與修正，消除因工作溫度環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化而引起的信號漂移，滿足航空發(fā)動機(jī)全權(quán)限數(shù)字系統(tǒng)對壓力傳感器的測量精度和溫度環(huán)境實(shí)用性要求［14］。電子科技大學(xué)的歐陽承曦設(shè)計了數(shù)字傳感信號調(diào)理方案和模擬傳感信號調(diào)理方案兩種溫度補(bǔ)償方案，并在硬件補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上集成了軟件補(bǔ)償?shù)姆椒?，?shí)現(xiàn)了在-55～120℃的寬溫度范圍內(nèi)對硅壓阻式壓力傳感器的高精度溫度補(bǔ)償［15］。

為了減小實(shí)際工作環(huán)境對航空傳感器性能的影響，傳感器的設(shè)計研制單位針對傳感器的敏感環(huán)境應(yīng)力采取了有效的補(bǔ)償方法，如常見的溫度補(bǔ)償，并給出了一定的校準(zhǔn)曲線，一定程度上提高和改善了傳感器的技術(shù)性能和應(yīng)用范圍，有利于傳感器的優(yōu)化設(shè)計。但該種補(bǔ)償方式，尤其是對多環(huán)境因素影響采取的補(bǔ)償方式，還不能全面、準(zhǔn)確地描述環(huán)境因素對被測傳感器性能的綜合性、動態(tài)性影響，因此要加強(qiáng)這方面的研究［16］。另外，也可以從新材料、新結(jié)構(gòu)方向出發(fā)，開展新型傳感器的開發(fā)研制，比如藍(lán)寶石高溫壓力傳感器和高溫壓電振動傳感器［17］，增強(qiáng)傳感器環(huán)境適應(yīng)性，解決傳感器性能易受環(huán)境影響的問題。

3 國外研究現(xiàn)狀

與國內(nèi)相比，國外在環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域的研究起步早、發(fā)展快，形成了比較完善的系統(tǒng)。環(huán)境模擬設(shè)備和試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)由單參數(shù)模擬發(fā)展為多參數(shù)模擬，從靜態(tài)模擬發(fā)展為動態(tài)模擬，從產(chǎn)品試驗(yàn)發(fā)展為人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)了與多門學(xué)科和多項(xiàng)技術(shù)（比如計量）相關(guān)理論和方法的結(jié)合［18］。

在上世紀(jì)60年代，美國國家航空和宇宙航行局就已經(jīng)研發(fā)出較為成熟的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬飛行器發(fā)射階段的復(fù)合環(huán)境。該試驗(yàn)系統(tǒng)采用振動模擬設(shè)備、噪聲模擬設(shè)備和氣壓模擬設(shè)備提供環(huán)境因素，通過與大型離心機(jī)艙有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)了線加速度在振動、噪聲、氣壓復(fù)雜環(huán)境下的性能測試［5］。美國Wyle實(shí)驗(yàn)室在上世紀(jì)80年代研制的溫度、高度、振動、加速度試驗(yàn)設(shè)備，最大加速度可達(dá)50 g，振動臺推力為4199 kN，頻率范圍為10～2000 Hz，主要用于進(jìn)行低氣壓環(huán)境下工作的航空電子裝置和其他電子裝置的驗(yàn)收試驗(yàn)［19］。

隨著綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備研制工作的日漸成熟，某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)具備進(jìn)行綜合性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的商業(yè)化生產(chǎn)能力。法國Actidyn公司生產(chǎn)的離心-振動試驗(yàn)系統(tǒng)，可產(chǎn)生5g～80g的加速度，加速度準(zhǔn)確度為±1g，振動臺標(biāo)準(zhǔn)推力為48 kN，用于開展慣性器件的加速度、振動復(fù)合校準(zhǔn)。

風(fēng)洞天平是氣動力試驗(yàn)中最基礎(chǔ)、最重要的測力裝置，在高超聲速風(fēng)洞進(jìn)行氣動力試驗(yàn)的過程中，試驗(yàn)氣流溫度通常較高，在試驗(yàn)有效時間內(nèi)，天平的環(huán)境溫度最高可達(dá)到100～200℃［20］。針對天平的溫度效應(yīng)，美國的NASA蘭利研究中心針對其高超聲速風(fēng)洞特種通氣天平，開展了含有溫度和壓力影響天平校準(zhǔn)方法的研究。他們通過在單矢量校準(zhǔn)臺上增加給被校準(zhǔn)天平加熱和模擬通氣壓力的輔助裝置，對天平校準(zhǔn)方法進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了在穩(wěn)態(tài)溫度和天平空腔中施加壓力影響下的天平校準(zhǔn)裝置研制，是天平校準(zhǔn)技術(shù)的一個新發(fā)展［21］。

除校準(zhǔn)裝置的研制以外，國外的傳感器生產(chǎn)廠家在傳感器產(chǎn)品的性能評價研究方面也更為深入。國內(nèi)加速度傳感器的出廠報告一般只提供產(chǎn)品的量程、頻率響應(yīng)、靈敏度和使用溫度范圍等性能參數(shù)，而國外同類產(chǎn)品的出廠報告，如丹麥B&K公司生產(chǎn)的4384型加速度計，不僅提供基本性能參數(shù)，還提供加速度計對環(huán)境因素的敏感特性，包括瞬態(tài)溫場靈敏度、電磁靈敏度、噪聲靈敏度、應(yīng)變靈敏度，如表1所示，在-74～250℃溫度范圍內(nèi)還給出了加速度計靈敏度偏差量，如圖3所示。國外的傳感器生產(chǎn)廠家對于傳感器在環(huán)境因素影響下的性能評價給予了關(guān)注和重視，且已經(jīng)擁有進(jìn)行環(huán)境因素對傳感器性能影響的定量分析方法和手段。

表1 加速度計對環(huán)境因素的敏感特性

圖3 加速度計靈敏度偏差與溫度關(guān)系

4 發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)在模擬實(shí)際工作環(huán)境的傳感器校準(zhǔn)裝置研制及傳感器性能補(bǔ)償技術(shù)研究方面已經(jīng)取得了多方面的進(jìn)展，但仍然存在一定的局限性。結(jié)合國內(nèi)外航空傳感器的性能評價研究現(xiàn)狀，未來，可以從以下幾個方向出發(fā)進(jìn)行傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下的性能評價方法研究。

1）環(huán)境模擬技術(shù)與測量校準(zhǔn)技術(shù)的充分結(jié)合

開展實(shí)際工作環(huán)境下的傳感器性能評價需要根據(jù)傳感器的實(shí)際工作條件（比如高低溫、濕熱、低氣壓、加速度、振動、沖擊等），充分利用環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)和測量校準(zhǔn)技術(shù)，開展傳感器在不同環(huán)境應(yīng)力條件下的性能校準(zhǔn)測試，從而評價不同環(huán)境應(yīng)力對傳感器測量結(jié)果的影響。國內(nèi)開展環(huán)境模擬試驗(yàn)的主力軍是北京航空航天大學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所、中國航空工業(yè)集團(tuán)公司301所等單位，而測量校準(zhǔn)技術(shù)的主要研究機(jī)構(gòu)是計量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。這就要求開展環(huán)境模擬技術(shù)研究與開展測量校準(zhǔn)技術(shù)研究的高校、機(jī)構(gòu)積極尋求合作，將兩種技術(shù)充分結(jié)合，共同為航空傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下的性能評價研究做出努力。中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計量測試技術(shù)所一直從事長、熱、力、慣性、電等專業(yè)校準(zhǔn)技術(shù)研究及校準(zhǔn)裝置研制，并且建成擁有振動、高低溫、低氣壓、沖擊、鹽霧、淋雨等環(huán)境試驗(yàn)?zāi)M設(shè)備的環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)室，計量所充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，已經(jīng)在加速度、流量、壓力、力值、電量等參數(shù)上實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度、振動環(huán)境條件下的計量校準(zhǔn)與檢測能力。

2）采用理論分析與模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法

通常的傳感器性能測試是把傳感器當(dāng)作一個黑匣子，通過給定不同輸入量，測試其輸出量，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得到傳感器輸入輸出關(guān)系。這種方法能直觀地測試出不同環(huán)境應(yīng)力下傳感器的性能變化，但是對于有些航空傳感器，由于受到技術(shù)條件等多方面因素限制，還沒有實(shí)現(xiàn)自主研制，對于傳感器的研究仍然停留在初級階段，對傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理缺少深入的理論分析，對傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下測量性能的影響程度及影響機(jī)理也缺乏數(shù)據(jù)支持和系統(tǒng)研究。因此，需要從分析傳感器的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理出發(fā)，將復(fù)雜的傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，利用有限元分析方法等數(shù)值分析方法對傳感器或其主要元件進(jìn)行建模仿真，通過對模型施加不同環(huán)境應(yīng)力，從理論上分析傳感器測量性能的變化規(guī)律及變化原因。一方面，利用仿真軟件可以在不破壞傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)對各種環(huán)境應(yīng)力（包括極限環(huán)境）的模擬，通過理論分析排除非影響因素，甄選出對傳感器性能產(chǎn)生影響的環(huán)境應(yīng)力，找到某一類傳感器的本質(zhì)特征和規(guī)律，節(jié)約研究成本。另一方面，真實(shí)環(huán)境的模擬試驗(yàn)結(jié)果可以對仿真模型進(jìn)行修正，優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證并完善理論分析結(jié)果。采用理論分析與模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法可以達(dá)到理論與試驗(yàn)相互支撐、相互補(bǔ)充的效果。

3）建立航空傳感器數(shù)據(jù)庫

將航空傳感器按照發(fā)動機(jī)、機(jī)載系統(tǒng)、地面及空中試驗(yàn)等不同用途進(jìn)行分類梳理，掌握不同部位傳感器的性能指標(biāo)要求及使用環(huán)境條件。當(dāng)積累大量的傳感器理論研究經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，在對某一類傳感器進(jìn)行綜合性能評價時，可以將相似結(jié)構(gòu)或相同工作原理的其他傳感器的研究結(jié)果作為參考依據(jù)，對傳感器敏感環(huán)境應(yīng)力的快速識別和其性能受環(huán)境影響趨勢的預(yù)判提供有力支撐，大大縮短分析時間，節(jié)約人力物力成本，為航空傳感器數(shù)據(jù)庫的建立提供依據(jù)，并為飛機(jī)設(shè)計人員在進(jìn)行傳感器選型、設(shè)計、驗(yàn)收和使用時提供技術(shù)支持。

5 結(jié)束語

隨著航空裝備制造業(yè)的不斷升級，對航空傳感器的需求也大幅度增加，大量的航空傳感器投入到實(shí)際的復(fù)雜環(huán)境中使用，給傳感器性能評價技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。本文從航空傳感器在實(shí)際工作環(huán)境中存在的問題出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外航空傳感器的性能評價研究現(xiàn)狀，提出了未來進(jìn)行航空傳感器在實(shí)際工作環(huán)境下性能評價研究的發(fā)展方向，為我國航空傳感器的快速發(fā)展提供有力支持。