现代传感技术问题

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1、现代传感理论与技术题目1设计传感器。管道里有石油与气体的混合，在压力条件下测油气比例。答：阻抗法阻抗法是利用两相混合物屮的液相的介电常数和电导率与气相的不相等，通过测暈两相混合物的容纳和电导的原理来测量含气率的。利用阻抗法测量气液两相混合物的含气率的一个最大优点是能进行瞬态测量，因此它可以用于非定常的两相流的含气率检测。据报道，阻抗法特别适用于过冷蒸汽处于气泡流动或团状流动时的含气率测量。另外阻抗法还具有结构简单、价格低、容易实现的特点。但其测量结果受流态的影响和由于温度变化、杂质的引入产生的液相介电常数变化的影

2、响。对于蒸发冷却电机管内两相流含气率来说，管道沿程的温度和流态都会变化，尤其是流体的流型，会伴随热负荷的变化而变化。再加上蒸发冷却管道微小，需要安装多个电极，难以实现，而且由于受到边缘效应的影响，测量误差也不可低估。电阻探针法电阻探针法测量含气率的原理是基于液相导电率与气相导电率的不同这一特性。当做得很细的探针插入气液两相混合物屮，如果探针的接触面落在气相中，探针经测量电路输出一个高电平信号，如果探针的接触血落在液相中，探针经测量电路输出一个低电平信号。于是按照含气率的定义，在稳定的两相流中，探针所处的平均含气率

3、为1CT正

4、/皿探针在气相中探针在液相中上式表明，流场中某点的含气率实际上就是该点在任意一时刻出现气相的概率。探针所在点出现气相的概率越大，则该点的含气率就越高。因此用电阻探针法测得的含气率是局部某点的时间平均含气率。其优点是能测量局部含气率。当用于蒸发冷却电机微小矩形管道的含气率测量时，一方面由于管道很小，不好安装，而且探针会对流动产生很大的影响，另一方面研究整体的平均含气率时不方便。因此用于蒸发冷却电机管内两相流含气率测量也是不理想的。机械夹制法在电机蒸发冷却两相流动压降的研究屮，需要测量两相段出丨I处的截面

5、含气率。屮国科学院电工研究所采用一个巧妙的办法延长截面法，即将蒸发两相流管道出口处的截面延长到一个长的绝热测试管道上，当流动稳定时，通过同步控制器关闭阀A和B,并同时打开C,使流体从旁路管道流过，分离测试管内气相和液相，得出其平均含气率，从而求得出口处的截血含气率，如图2所示。实验中发现，测量精度主要取决于快关阀同步程度和气液分离的准确度。电工所采用电磁阀作为快关阀，并用同步控制器进行控制，开关同步方面已达到了良好的精度。由于气体和液体的比重不同，阀门关闭后，气液自动分离，从带有刻度的测试管上直接读出气体和液体的

6、体积。这种方法简单有效，但测试管必须具有较好的绝热。因为一般的电机蒸发冷却介质的沸点高于室温，在气液分离过程中，不可避免地会有部分气体凝结成液体，从而产生测量误差。这种通过求体积平均含气率来求截血含气率的方法，理论上可行，实际上却会产生较大的误差。机械夹制法适用于测量低流速、单流型的稳定流动的情况，也可用作其他含气率测量装置的标定。但在蒸发管局部含气率的测量和在线测量中很受限制。题目2设计薄膜压力传感器，测试管径不同的管道的压力。(平时测试时是在管道周围均匀分布2测试圆柱管道四周的压力将薄膜压力传感器贴到圆柱的内

7、壁，搭配相应的电路，即可测出管道四周的压力第一种：由于圆柱的管道都是按照国标设计的，所以根据各种不同的管道尺寸，设计相应比例大小的薄膜传感器，使得传感器足够小，这样就可以解决圆柱内壁压力测试不准的问题。题目3：PSD位置传感器的工作原理答：当一束光落在PSD上，相应于光能量的电荷在入射点产生，电荷通过P型电阻层被电极收集。P型层是均匀一体的电阻层，被电极收集到的光电流与入射点和电极间距成反比。由此可得出如下公式：11和I2是电极的光电流，L和I0分别代表电极间距和总光电流。当PSD几何中心设定为坐标原点：/严｝1

8、一訊儿(1)7f2二牙U+人⑵（4）/,+/2L当PSD一端设定为坐标原点:由公式(3),(4),(7),(8)显示，不同的比率可得出相应的与光能量无关的入射光点的位置。题目44.1光纤布拉格光栅的基本原理答：光纤布拉格光栅(简称FBG)是在单模光纤的纤芯内通过某种方式对其折射率产生周期性的调制而形成的一种全光纤器件。FBG是在光纤纤芯内形成的空间相位光栅，通过光栅前向传输的纤芯模式与后向传输的纤芯模式之间发生耦合，而使前向传输的纤芯模式的能量传递给后向传输的纤芯模式，形成对入射波的反射。其反射波长即布拉格波长为

9、XB=2ncffA,其中，A为光栅周期，兔忏为纤芯等效折射率。光纤光栅实质上是紫外光在光敏光纤中形成的一种周期性折射率分布，光在光栅中的传播符合耦合模理论，这一理论是分析光在波导介质中传播规律的基础，利用耦合模理论可以正确地分析光在均匀周期的光纤布拉格光栅(FBG)屮的传播规律、精确推导光纤光栅的解析表达式以及分析光纤光栅的反射谱特性。根据光纤光栅的耦合模理论，光纤光栅的