德逸时代科技实现pt100高精度系统化温度测量补偿技术

新闻来源:光电子中国博览会 新闻时间:2017-01-06

      二十多年前就开始对温度的测量极感兴趣。当时搬入新居,还特意自制了检测室外环境温度的温度计,至今仍在工作中。不过更主要的还是基于专业爱好,主要是源于在高精度测量过程中,如基本的电压电流测量,均基于的电压基准其温度特性似乎总是难以满足期望的。德逸时代科技成立后,原本迅速推出的高精度偏振消光比测试仪(-60dB级别),在pW(皮瓦)量级的光功率测量却遇到极大困难。PIN管暗电流温度漂移,即使是平衡探测,非理想匹配及前端运算放大器,电压基准等都与温度高度关联。而在光功率探测取得进展后,却又发现,要实现极其稳定的光功率输出,与温度也是高度关联的。特别在你需要的精度,相关性是基于0.01度水平变化的。更不要说无处不在的热噪声。
转而突破高精度温度测量补偿的研究,自然是首选的要务。很庆幸,德逸时代科技基于USB接口采集数据的Pt100高精度温度系统化测量补偿技术的实现及研究过程,也正印证了本篇文章的题目,一切精密测量的前提是温度的精密测量。进一步可以发现,在实现了高精度温度测量及补偿后,传感系统的精度指标,将会有一个数量级以上的提升。这实际上也是德逸时代科技高精度温度测量系统自证的典型实例。研究情况,另文介绍。

实际上,精密测量,都是与温度高度关联的。由此你也可以明白,为什么越高级别的计量室就需要更高的环境温度及稳定性要求。据说日本三丰的光栅尺,是要在地下九米的恒温,恒湿环境制造的。估计很多人还记得,前一段发射的天宫二号上的空间冷原子钟,据说可以将目前时间测量精度再提升1~2个数量级,达到1fs(飞秒)到0.1fs。这里跟温度相关的,一个是太空的极冷,降低热噪声,以及极冷的极稳,时间稳定性。缺一不可。在我们的日常生活中,随着石英晶振器的出现,极大地提升了我们生活中时间计量的精度,除去早期石英表代替机械手表,现在广泛使用的GPS,北斗导航均是基于高精度的时间测量的。没有高精度的时间测量,我们的生活会更加原始。需要明确一点,实际过程中最高基准是逐级传递的,以实现最低成本的高精度性能,只要系统的相对稳定性足够。自稳零,零漂移,自校准集成电路是最典型的实例。可以这样说,基于时间的高精度测量,已经极大地改进了人类的基础测量水平。但在实际应用中,你会发现,即使是高精度的时间测量,依然是要基于高精度的温度环境的,至少要有极高的温度稳定性。天宫二号的冷原子钟实验正表明了这一点。在极弱信号测量方面,如精密锁相放大器,激光测距,光栅尺等都对环境有相当的要求。从吉时利,FLUKE的六位半,7位半等高精度测量仪器对环境温度及其变化梯度的要求,也可见把握温度特性的重要性。

提升一下高度,是否可以说,温度是人类继实现高精度时间测量后下一个最具有测量突破价值的参数呢?包括时间测量技术进一步提升。应该可以说高精度温度测量(补偿技术)是一切精密测量的前提技术。何以提及突破?因为,技术上,高精度系统化温度测量补偿技术,是要基于万分之一以上精度的测量补偿技术,并非易事!在当下普遍的民用精度1~5%,工业0.1%,标准实验室0.01%的现状,万分之一精度温度测量补偿技术,特别是系统化实用化技术显然存在技术瓶颈。我国的中高精度光纤陀螺水平与国外仍有一个数量级以上的差距,特别在温度特性方面,据了解国内技术其温度补偿是要数十秒平滑的,而数十秒温度的平滑,导致实时温度误差及其补偿,似乎可以肯定其影响一个数量级以上的精度水平。 由此我们可以看到,其突破的价值,以及其实用化技术,将具有的普遍适用性。

另一方面,由于人类自身近乎完美的温度控制,降低了人们对温度变化的感知能力,也导致了对温度变化灵敏程度的低认知。0.1度精度温度测量也很容易落入没用的概念,不过这里提及的0.1度高精度温度测量技术,使用了Pt100温度传感器,其年稳定性高达0.02度/年。在寒冷的夜晚,当你起身而作,都会引起周围温度低至0.01°C的变化。而这一变化足以引起,高精度测量无法忍受的温度效应。据说当你的发动机–心脏的三根核心供养血管在堵塞了两根时,你依然没有察觉,直至第三根堵塞,危及生命,说明了我们身体适应性的极佳,或者说,极佳的适应性,导致了敏感性的退化。我们也一直认为,也许我们可以用0.001°C分辨的体外温度检测,更早的发现和预防。所谓防微杜渐,你得首先有测量的利器。一个具有连续的高精度体温测量系统,周而复始,日复一日,年复一年的体温监测,也许我们可以更早的发现,如第一个病毒入侵导致身体轻微发热等。具有极佳温度控制特性的人类,已经异化了,麻痹了我们早已出现的变化。也许高精度的体温测量,跟你我息息相关而更显现极其必要。

目前,德逸时代科技实现了采用了USB接口采集数据,每秒253次采样,0.4秒平滑, 在-18度~+42度温度环境下,温度测量0.01度以上的稳定分辨,0.1度精度;在室温常温环境4秒间隔校准时温度测量稳定性可达0.0004度,几十小时系统化温度测量技术。据报道,跟随年数万亿产值的传感器市场,而造就年数百亿的智能传感产值预期,高精度温度测量补偿技术的应用前景是十分广阔的。成功的应用或可企及人类感测的从未达到的最高水平。这显然是一个有益的值得大力推广的基础科技创新!

智能传感及制造的同行们,应该建立和身体力行这个概念,成功的高精度温度测量及补偿技术,将提升现有传感测量技术精度水平一个数量级以上,也是一切精密测量加工的基础前沿技术,也是一项提升我国基础测量水平,以及智能制造不能或缺的创新技术。在即将展开的智能传感每年数百亿产值的收入及丰厚利润的市场背景,值得我们投身其中,一展身手。

您可在2017年6月6-8日的第九届光电子•中国博览会(PHOTONICS CHINA EXPO)莅临德逸时代科技的展位,地址在北京•中国国际展览中心(新馆),坐落于北京顺义天竺空港城商务区。