现代传感理论与技术

《现代传感理论与技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、现代传感理论与技术作业姓名：张三流水号：s20120xxx班级：Y12xxxx导师:xxx1.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）。一、电容层析成像技术（1）简介电容层析成像系统一般由三部分组成：电容传感器、数据采集系统和图像重建计算机。如图所示电容传感器主要由均匀粘贴在绝缘管道外壁上的铜箔电极、屏蔽罩及相关电路组成。数据采集系统将电极间的电容值进行采集和转换并传送到图像重建计算机，图像重建计算机负责图像重建和信息显示。电容层析成像系统

2、具有结构简单、易于实现、成本低、响应速度快等优点。适用于存在不同介电常数介质分布场合的参数检测。（2）原理电容层析成像技术的基本原理是根据两相流体中各相具有不同的介电常数，当各相组分分布发生变化时，将引起混合流体等价介电常数发生变化，从而使测量电极间的电容值发生变化。采用阵列式电容传感器，各电极之间相互组合的多个测量值便可反映多相流体的浓度以及在管截面上的相分布情况。以这些电容测量值作为投影数据，通过一定的图像重建算法，便可重建出某一时刻流体流经管道横截面上的相分布图像。图2传感器横截面示意图图2表

3、示出了一个12电极电容层析成像系统的电容传感器横截面结构示意图，电极两两相互组合可获得66个独立电容测量值，任意两电极A和B间的电容测量值可表示为：式中:Cijm为电极A和B之间的测量电容值，ε(x,y)为管道横截面上介电常数分布函数，D为管道横截面S(x,y,ε(x,y))为电极A和电极B之间的灵敏场分布函数，一般由有限元方法计算得到。为了减小系统噪声对计算结果的影响，一般使用下式归一化后的电容值：式中：Cij表示电极A和B之间归一化后的电容值,Cije与Cijf分别为管道中充满气相介质和液相介质

4、时电极A和B之间的测量电容值。这种空隙率测量方法，并不需要进行图像的重建。由于ε(x,y)反映了管道横截面上的介电常数的分布情况，相应Cij的测量值也包含了这些介电常数的分布信息。可以通过一定的数据处理方法得到需要的信息，如果把一组Cij的独立测量值看作该时刻气液两相流空隙率的特征向量，则可以通过模式识别的方法，将该特征向量与模板库中表征空隙率的标准模板向量进行匹配，从而得到与该时刻特征向量最为相似的标准向量，与该标准向量对应的空隙率值作为该时刻的空隙率值。如果能够在建立一个较完善模板库的前提下，则

5、可以使空隙率的测量达到较高的精度。2.测圆筒周围的压力。方案：压敏漆测量系统在圆筒壁上涂上一层厚度均匀的压敏漆，在压力或力的作用下，由于压敏效应，压敏漆的发光强度会发生改变，因此可以通过圆筒表面的光强图象来确定其压力分布。并且根据实验标定测试，可以得出压力与光强的特定关系。压敏漆背景介绍：模型表面压力测量在风洞试验有着重要的位置，特别是在飞行器机翼的改良设计中整个模型表面的受力情况尤为重要。按照惯例，压力的测量是通过打在模型表面的上百个测压孔来测得，这些测压孔与机器或者电子扫描系统连接，为了提高测量

6、精度，大量的压力传感器被安装在模型表面的压力孔中。这样会导致模型的结构变化导致测量结果错误。压敏漆的压力测量系统中由于压敏漆是直接涂在模型的表面，不会对模型的结果产生破坏，从而彻底杜绝了这方面的误差。压敏漆的发光强度取决于空气压力，这种性质可以应用到风洞试验中测量模型表面压力分布，通过对检测到的光强图像进行分析处理得到压力分布图。华盛顿大学化学教授马丁古特曼研究组开发推出一种新颖压敏涂料，该压敏涂料是溶解于硅氧烷树脂聚合物母料的辛乙基叶琳铂(PLOEP)。其中叶琳为大环四毗咯结构，当暴露于特殊光频率

7、时，其中一些会发冷光。当辛乙基叶琳受氧淬炼时，显示强的磷光现象。例如，把含有辛乙基叶琳的浅桃红涂料涂布于空气动力学实验模型表面，并置于紫外辐照下的风洞中，分子发光量与空气动力流动过程中表面上氧的局部压力成反比例。结果所得表面图像在低压区域(低氧水平)呈最亮红，而在高压区域(高氧水平)呈暗淡红。因此，发光量能被用于测绘压力场以帮助飞机设计。测压装置示意图如下图所示：发光压敏涂层测压示意图圆筒上压力测试示意图：3.PSD的基本原理PSD（PositionSensitiveDetector）是一种光电位敏

8、探测器（1）当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生横向光电效应。（2）当光照部分吸收入射光子的能量产生电子-空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。（3）如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。（4）基于该效应的光电器件——PSD（5）当光照射到硅光电二极管的某一位置时，结区