传感器感测技术第7章-辐射传感器重点.ppt

第七章辐射式传感器,主要内容：红外传感器的原理及应用；核辐射式传感器的原理及应用。要求：掌握红外传感器和核辐射传感器的基本原理；理解红外传感器的应用实例；了解核辐射传感器的应用范围。,7.1红外光传感器一、按其应用分为5种1）红外辐射计（辐射和光谱辐射测量）；2）搜索和跟踪系统（确定目标空间位置并对其运动跟踪）；3）热成像系统（整个目标红外辐射分布图像）；4）红外测距和通信系统；5）混合系统（以上系统中两个或多个组合）。,热成像系统：,红外遥感热成像：,红外成像与自然图像对比：,二、红外辐射1、属于不可见光。红外线在电磁波谱中位置：,2、原理热辐射。红外光具有光热效应，能辐射热量。自然界中任何物体，只要本身温度高于绝对零度（-273.15摄氏度），就会辐射红外线。温度越高，辐射红外线越多，辐射的能量越强。红外线被物体吸收，可转变为热能。,3、红外线的传播以波的形式传播。红外光在介质中传播时，由于吸收和散射作用会被衰减。气体和液体对不同波长红外辐射的吸收是有选择性的。如大气对不同波长红外线存在不同吸收带，可用于红外线气体分析器。一般红外线通过大气层时，3个波段对红外线透过率高：2mm2.6mm，3mm5mm，8mm14mm。红外探测器一般工作于这三个波段内。,三、红外探测器1、将红外辐射量的变化转换为电量变化的器件。是红外传感器的传感元件。2、分类根据探测机理不同，可分为热探测器和光子探测器。,3、热探测器1）工作机理：红外辐射的热效应。探测器的敏感元件吸收辐射能，温度升高，相关物理参数发生改变，从而确定所吸收的红外辐射。2）特点：a、响应速度低，响应时间长；b、其光谱响应较宽、较平坦，相应范围可扩展到整个红外区域；c、常温下使用，使用方便。3）种类热释电型、热敏电阻型、热电阻型、气体型。,4、热释电型红外探测器1）基本原理：热释电效应。2）热释电效应因温度变化而引起自发极化值变化的现象。热释电效应原理示意图：,为使光照射引起整个材料的温度易于达到热平衡，一般采用陶瓷薄片。连续光照达到热平衡时，温度不变化，不再释放电荷，上压降为零，此时无信号输出。,热释电效应只能探测辐射的变化。输出信号正比于红外线强度的变化。3）热释电传感器结构,场效应管作用阻抗交换和信号放大。通常，元件表面覆一层黑化膜。,4）热释电红外探测模块将热释电红外传感器、放大器、信号处理电路、延时电路和高低电平输出电路集成于一体的新器件。主要用来探测人体发射出的红外线能量，适用于人体移动的探测报警系统。具有灵敏度高，抗干扰能力强，耐低温，使用方便等特点。,如HN911型热释电探测模块内部电路结构图：,HN911模块的典型应用电路：,5）双元型红外传感器新型热释电传感器，专门检测人体辐射的红外线能量。目前已广泛用于国际安全防御系统，自动控制、告警系统等。市场上常见的有国产的，日本的，美国的等。热释电传感器组成：敏感单元，场效应管，高阻抗变换管，滤光窗等。使用时，与菲涅尔透镜配合，可使探测半径从不足提高到至少范围内。,6）热探测器特点响应速度较低，响应时间长；具有宽广、较平坦的光谱响应。5、光子探测器书P184。灵敏度和响应速度较好，但灵敏度和响应速度受光波波长的影响。,四、应用,红外测温仪利用热辐射在红外波段的辐射通量来测温。,光学系统透射系统。步进电机带动调制盘转动。此外，还有红外线气体分析仪等。,光控自动水龙头原理图：,红外线警戒报警器原理图：,自动门控制电路原理图：,7.2核辐射传感器一、利用核辐射的物理特性工作。主要由放射源和探测器组成。二、核辐射源放射性同位素产生、和射线。放射性同位素原子序数相同，原子质量不同的元素。核衰变过程中，释放出射线。放射源强度随时间按指数定理减低。,衰变的速度取决于衰变常数。通常用半衰期表示衰变的快慢。半衰期放射性同位素原子核数衰变到一半所需的时间。又称为放射性同位素的寿命。核辐射检测除采用半衰期较长的同位素外，还要求放射出的射线有一定的辐射能量。三、核辐射的物理特性、核辐射是放射性同位素衰变时，放射出的具有一定能量和较高速度的粒子束或射线的现象。,射线带正电荷的高速粒子流。射线带负电荷的高速粒子流。射线不带电。以光速运动的光子流。射线原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。放射性强弱用单位时间内发生衰变的次数表示。辐射强度单位（贝克），。、核辐射与物质的相互作用）和辐射线的吸收、散射、反射。）电离作用。,四、核辐射探测器即接受器。常用的有电离室，闪烁计数器，盖革计数器管。五、应用）在工业领域中的应用（