搜索
姓名：梁冬学号：S20120712流水号：S12006011第一题：石油管道如图所示，石油运输过程中充满气泡，管道直径为1.5m,流体速度为V。在不改变管道内压力条件下，试设计一传感器检测石油和空气的比例（体积比例和质量比例均可）。图1答：本题可采用超声波振动传感器探测。超声波振动频率高（f20KHz测量中常用频率在0.25~20MHz范围）、波长短，因而具有束射特性，可以定向传播，且有很强的穿透能力。超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或遇到不同介质时产生反射和折射，并服从反射、折射定律。由于气体的声阻抗比液体小许多，因而可以从反伤强度上把来自石油和来自气体的信号区别开来。输油管道中的气泡检测等同于连续介质的超声波探伤，超声波穿过石油能量衰减很小，接收到的反射信号能量较弱；当有空气间隙时，超声波大部分能量在气泡表面散射衰减，接收到的超声波反射能量较强。第二题：用传感器测试环形切面压力时，传统测量方法存在测量精度不够高，传感器与试件连接不方便，所需传感器数量大等缺点。为了解决此种问题，国外开发出简易的环式薄膜传感器。试设计一类似传感器能够方便测量环形试件所受压力。数据处理AD转换读信号待测截面圆形待测装置普通传感器环式薄膜传感器传统传感器测量方法国外环式薄膜传感器测量方法图2第三题：试解释PSD（PositionSensitiveDetector）测距原理。PSD传感器可以将光敏面上的光电位置转化为电信号。当一束光射到PSD的光敏面上时，在同一面上的不同电极之间将会有电流流过,这种电压或电流随着光点位置变化而变化的现象就是半导体的横向光电效应。PSD的工作原理基于横向光电效应,图1显示了其结构。PSD由三层构成,最上一层是P层,下层是N层,中间插入一较厚的高阻É层,形成P—I—N结构,此结构的特点是I层耗尽区宽,结电容小,光生载流子几乎全部都在I层耗尽区中产生,没有扩散分量的光电流,因此响应速度比普通pn结光电二极管要快得多。当PSD表面受到光照射时,在光斑位置处产生比例于光能量的电子—空穴对流过P层电阻,分别从设置在P层相对的两个电极上输出光电流I1和I2,由于P层电阻是均匀的,电极输出的光电流反比于入射光斑位置到各自电极之间的距离,光电流I1和I2可以用下面两种方式表示:I1=I0(L-XA)/2LI2=I0(L+XA)/2L只要检测出I1、I2的大小，就能算出光电的位置。第四题：试解释光纤布拉格光栅（简称FBG）的原理。答：光纤布拉格光栅是通过改变光栅区折射率，使其产生小的周期性扰动而形成。由于扰动仅会对很窄的一小段光谱产生影响，因此，当宽带光波在光栅中传输时，入射光波将在相应的频率上被反射回来，其余的投射光波则几乎不受影响。这样，光纤光栅实际上起到了光波选择的反射镜的作用。反射中心波长可由下式确定：λB=2neff*A等式中，neff是光纤芯区的有效折射率，A为光栅的栅距周期。当光纤周围的温度或应力发生变化时，将导致光栅栅距周期及纤芯折射率的变化，从而使光纤布拉格光栅中心波长发生移动。通过检测布拉格波长移动的情况，即可获得待测温度、应力的变化情况。第五题简述霍尔效应的概念，以及霍尔器件的应用。答：当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。f=qE+qvB/cE=-vB/c霍尔器件的应用：电流传感器，位移测量