现代传感器理论作业..doc

1.管道直径0.5米,其中为油和气,设计一个传感器检测其中的油和气的比例，（油和气在压力作用下向前运动）。 2.测圆筒周围的压力（贴应变片不可行，可通过贴薄膜进行测量）。 3.PSD测距原理 4.（光纤）布拉格光栅的基本原理（水泥结构中应力变化的测试方法）。 5.什么是霍尔效应？霍尔器件（传感器的应用） 当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。 1. 2009年6月发表于高校化学工程学报的《应用文丘里管和空泡份额传感器测量油气两相流的实验研究》一文中利用文丘里管和空泡份额传感器对油气两相流的流量测试方法进行了理论和实验研究，首先采用辐射式的空泡份额传感器对流动管道的截面含气量进行了测量，进而计算得到混合物的密度；然后利用喉结比为0.45的经典文丘里管测量得到了两相流总质量流量。 图1 空泡份额传感器 辐射式空泡份额测量方法作为目前油田两相流主要的含气量测量方法，具有测量准确度高、快速实时等优点，文中利用单能辐射式空泡份额传感器测量油气两相流管道截面含气率。传感器利用两相流介质对射线的吸收原理进行工作。文中也指出随着截面含气率的逐渐增加，相对误差逐渐增大，分析原因认为是由于流型影响的缘故，在较低的截面含气率时，流型为泡状流，气液之间滑速比小，更接近均相流，因此容易测试且测试结果准确；但随着截面含气率的增加，流型逐渐过渡为段塞流和环状流，此时气液间滑速比增大，流动变得不稳定，测试误差增大。 2005年发表于高校化学工程学报中的《基于空隙率的油气两相流流量测量的研究》一文中提出了利用文丘里管进行油气两相流流量的测量，考虑了滑移比对流量测量的影响，对均相流流量测量模型进行了修正，得到了考虑空隙率的测量两相流总质量流量的模型。结合空隙率测量技术，例如电容层析成像方法或者γ射线测量方法等，就可以实时在线地进行油气两相流量测量。 综合以上文献，欲设计一传感器来测量管道内油气比例，必须要考虑到油气两相流的模型，建立参数模型，然后可以利用光在不同高度的油面管道内的传输路径不同或者利用辐射不同来进行设计。 2.2009年6月发表于《特种结构》上的《浅圆仓侧压力计算的虚位移法》一文中针对浅圆仓侧压力的理论计算，提出侧压力沿高度的分布不是线性的，对于大直径的浅圆仓的侧压力不能按照传统的浅仓公式来计算。 对于当 3. 光电位置敏感器件PSD[1](PositionSen-sitiveDetector)是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件。即当入射光点落在器件 感光面的不同位置时,PSD将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理,即可确定入射光点在PSD器件感光面上的位置。入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。PSD的位置输出只与入射光点的“重心”位置有关。所以由PSD构成的距离测量系统不受被测物体的颜色、反射率等形成的光量变化的影响。 PSD可分为一维PSD和二维PSD。一维PSD可以测定光点的一维位置坐标,而二维PSD则可以检测出光点的平面位置坐标。由于PSD是非分割型元件,对光斑的形状无严格的要求,所以对光斑位置可进行连续测量,从而获得连续的坐标信号。??应用PSD进行距离的测量是利用了光学三角测距的原理。如图1所示,光源发出的光经透镜L1聚焦后投射向待测体,反射光由透 图3.1 PSD测距原理 镜L2聚焦到一维PSD上。若透镜L1与L2间的中心距离为b,透镜L2到PSD表面之间的距离(即透镜L2的焦距)为f,聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为x,则根据相似三角形的性质,可得出待测距离D为:D=bf/x 因此,只要测出PSD的光点位置坐标x的值,即可测出待测体的距离。??由PSD的基本原理可知,随着入射光点位置坐标x的不同,其两个信号电极的输出电流将随之变化。经PSD信号处理电路H2476的处理后,输出的电压值与x的坐标值成正比关系。可见,只要根据处理电路输出的电压值,就可得到光点位置坐标x的值,从而得出待测物体的距离 4、光纤布拉格光栅是在光纤纤芯内介质折射率呈周期性调制的一种光纤无源器件，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤光器或反射镜，因此利用光纤光栅可以制成激光器、光滤波器等，此外，利用光纤光栅还可以制成用于温度、应变等多参量测量的光纤传感器和各种简单或复杂的光纤传感网。从而使得光纤光栅已成为目前最有发展前途、最具代表性的光纤无源器件之一。光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯有效折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射峰波长的变化。由光谱特性可知，光纤布拉格光栅的反射谱中心波长（称 TG