SR830锁相放大器在瞬态温度传感器动态测试中的应用

　　1 引言

　　温度传感器广泛应用于精确测量和自动控制领域。在温度测量中,最常见的情况是对瞬态温度进行测量，其特点是温度高、变化快, 根据不同的场合可能存在高压或高速流动等情况。因此, 要保证测量精度是非常困难的。目前常用的方法存在一定的系统误差, 需要用动态校准的方法探明各种传感器由于热惯性和非平衡状态导致的系统误差, 以便在不同使用条件下,通过修正使其更接近真实值。

　　动静态特性是衡量温度传感器性能的重要指标，确定温度传感器的时间常数和对其进行校准对于保证动态温度测量的准确性具有非常重要的意义。这些参数难以通过理论得出结果，因此实际中都是采用实验测定的方法。 在实验中, 由于测量噪声对测量结果影响很大, 为了提高测量的精度, 拓宽动态测试范围, 采用锁相放大器来对微弱信号进行捕捉。

　　2 测试系统和测试原理

　　2.1 系统组成

　　瞬态温度传感器动态测试是借助激光使传感器表面产生温升，以被校准的传感器和红外探测器同时对热源进行测量。由于红外探测器的频率响应特性优于被校准传感器，因此可用红外探测器测得曲线作为依据来校准被校传感器的响应特性，并获得系统误差的修正值。

　　系统中热源由美国相干公司(COHERENT)的DiamondK-500 OEM 型 CO2激光器(峰值功率 1500W，工作波长10.6 m)提供，其功率输出由微机用软件和数字采集卡产生高频脉冲来控制。选用中国科学院上海技术物理研究所的 3~5 m 碲镉汞红外探测器，选择红外探测器的灵敏波长为 3~5 m，有效避免了传感器表面散射的激光和实验环境下可见光的背景干扰。

　　为了提高对微弱信号的检测能力，增大测试信号的信噪比，降低温度下限，系统中使用具有相位灵敏侦测(PSD)能力的 SR830 锁相放大器，SR830 中数字信号处理器精确的数字计算功能已取代了传统锁相放大器中笨拙的模拟相移电路。相位的测量结果精确到0.01°，这表明同传统模拟锁相放大器相比有重大意义的提高。

　　SR830 锁相放大器是最好的微弱信号检测仪器之一，它利用了噪声与参考信号不相关，而湮没于噪声当中的微弱信号与参考信号有着极高的相关性的特点，将微弱的(或低信噪比的)缓变信号首先进行调制，然后对已调信号进行选频放大，再与同频率的参考信号输入到相敏检波器进行相关运算，最后通过低通滤波及直流放大输出，输出信号反映出缓变信号的电压或电流，极大地降低了噪声，从而将湮没在强噪声中的微弱信号提取出来。

　　系统组成如图 1 所示。

　　2.2 测试原理