第10章辐射式传感器

1、第十章 辐射式传感器第第1010章章 辐射式传感器辐射式传感器 10.2 激光传感器激光传感器 激光技术是近代科学技术发展的重要成果之一，目前已被成功地应用于精激光技术是近代科学技术发展的重要成果之一，目前已被成功地应用于精密计量、军事、宇航、医学、生物、气象等各领域。密计量、军事、宇航、医学、生物、气象等各领域。 激光传感器虽然具有各种不同的类型，但它们都是将外来的能量激光传感器虽然具有各种不同的类型，但它们都是将外来的能量(电能、热电能、热能、光能等能、光能等)转化为一定波长的光，并以光的形式发射出来。激光传感器是由转化为一定波长的光，并以光的形式发射出来。激光传感器是由激光发生器、激光接

2、收器及其相应的电路所组成的。激光发生器、激光接收器及其相应的电路所组成的。 10.2.1 激光的本质激光的本质 原子在正常分布状态下，多处于稳定的低原子在正常分布状态下，多处于稳定的低能级能级E El状态。如果没有外界的作用，原于可状态。如果没有外界的作用，原于可以长期保持这个状态。原子在得到外界能量以长期保持这个状态。原子在得到外界能量后，由低能级向高能级跃迁的过程，叫做原后，由低能级向高能级跃迁的过程，叫做原子的激发。原子处于激发的时间是非常短的，子的激发。原子处于激发的时间是非常短的，处于激发状态的原子能够很快地跃迁到低能处于激发状态的原子能够很快地跃迁到低能级上去，同时辐射出光子。这种

3、处于激发状级上去，同时辐射出光子。这种处于激发状态的原子自发地从高能级跃迁到低能级上去态的原子自发地从高能级跃迁到低能级上去而发光，叫做原子的自发辐射，如图而发光，叫做原子的自发辐射，如图10.2.1a所示。所示。 211hv=E2-12hv=E2-1hv=E2-1a)b)图9.4.1 激发与受激辐射过程b)a)图9.4.2 光的放大与吸收示意图10.2.1 10.2.1 激发与受激辐射过程激发与受激辐射过程第十章 辐射式传感器 进行自发辐射时，各个原子的发光过程互不相关。它们辐射光子的传播方向，进行自发辐射时，各个原子的发光过程互不相关。它们辐射光子的传播方向，以及发光时原子由高能级向哪一个

4、能级跃迁以及发光时原子由高能级向哪一个能级跃迁( (即发光的频率讪等都具有偶然性。即发光的频率讪等都具有偶然性。因此原子自发辐射的光是一系列不同频率的光子混合。对于光源的大量原子来因此原子自发辐射的光是一系列不同频率的光子混合。对于光源的大量原子来说，这些光子的频率只服从于一定的统计规律。说，这些光子的频率只服从于一定的统计规律。211hv=E2-12hv=E2-1hv=E2-1a)b)图9.4.1 激发与受激辐射过程b)a)图9.4.2 光的放大与吸收示意图10.2.1 10.2.1 激发与受激辐射过程激发与受激辐射过程 如果处于高能级的原子在外界作用影响如果处于高能级的原子在外界作用影响下

5、，发射光子而跃迁到低能级上去，这种下，发射光子而跃迁到低能级上去，这种发光叫做原子的受激辐射。设原子有能量发光叫做原子的受激辐射。设原子有能量为为E E1 1和和E E2 2的两个能级，而且的两个能级，而且E E2 2 E E1 1。当原子。当原子处于处于E E2 2能级上时，在能量为的入射光子影能级上时，在能量为的入射光子影响下，响下，( (h h为普朗克常数，为普朗克常数，h h6.6256X106.6256X10- -3434J Js s，为光子的频率，为光子的频率) )，这个原子可发生受，这个原子可发生受激辐射而跃迁到激辐射而跃迁到E E1 1能级上去，并发射出一能级上去，并发射出一个

6、能量为的光子，如图个能量为的光子，如图10.2.110.2.1b b所示。所示。211hv=E2-12hv=E2-1hv=E2-1a)b)图 9.4.1 激 发 与 受 激 辐 射 过 程b)a)图 9.4.2 光 的 放 大 与 吸 收 示 意 图10.2.2 10.2.2 光放大与吸收光放大与吸收第十章 辐射式传感器 在受激辐射过程中，发射光子不仅在能量上在受激辐射过程中，发射光子不仅在能量上( (或频或频率上率上) )和入射光子相同，它们在相位、振动方向和发和入射光子相同，它们在相位、振动方向和发射射方向上也完全一样。如果这些光子再引起其他原方向上也完全一样。如果这些光子再引起其他原子发

7、生受激辐射，这些原子所发射的光子在相位、子发生受激辐射，这些原子所发射的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上也都和最初引起受激发射方向、振动方向和频率上也都和最初引起受激辐射的入射光子相同，如图辐射的入射光子相同，如图10.2.210.2.2a a所示。所示。211hv=E2-12hv=E2-1hv=E2-1a)b)图 9.4.1 激 发 与 受 激 辐 射 过 程b)a)图 9.4.2 光 的 放 大 与 吸 收 示 意 图10.2.2 10.2.2 光放大与吸收光放大与吸收 这样，在一个入射光子影响下，会引起大量原子的受激辐射，它们所发射这样，在一个入射光子影响下，会引起大量原子的受激辐

8、射，它们所发射的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上都完全一样，这一过程也称为的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上都完全一样，这一过程也称为光放大，所以在受激发射时原子的发光过程不再是互不相关的，而是相互联光放大，所以在受激发射时原子的发光过程不再是互不相关的，而是相互联系的。系的。 另一方面，能量为的光子在媒质中传播时，也可以被处于另一方面，能量为的光子在媒质中传播时，也可以被处于E E1 1能级上的粒子能级上的粒子所吸收；而使这粒子跃迁到所吸收；而使这粒子跃迁到E E2 2能级上去。在此情况下，入射光子被吸收而减能级上去。在此情况下，入射光子被吸收而减少，如图少，如图10.2.210

9、.2.2b b所示。这个过程叫做光的吸收。所示。这个过程叫做光的吸收。 光的放大和吸收过程往往是同时进行的，总的结果可以是加强或减弱，这光的放大和吸收过程往往是同时进行的，总的结果可以是加强或减弱，这取决于这一对矛盾中哪一方处于支配地位。取决于这一对矛盾中哪一方处于支配地位。 激光是媒质的粒子激光是媒质的粒子( (原子或分子原子或分子) )受激辐射产生的，但它必须具备下述的条受激辐射产生的，但它必须具备下述的条件才能得到粒子数反转分布，激光在共振腔内往返放大过程叫做振荡放大，件才能得到粒子数反转分布，激光在共振腔内往返放大过程叫做振荡放大，激光输出。激光输出。第十章 辐射式传感器10.2.2

10、激光的特点激光的特点 1 1 高方向性高方向性 高方向性就是高平行度，即光束的发散角小。激光束的发散角已高方向性就是高平行度，即光束的发散角小。激光束的发散角已达到几分甚至可小到。所以通常称激光是平行光。达到几分甚至可小到。所以通常称激光是平行光。2 2 高亮度高亮度 激光在单位面积上集中的能量很高。一台较高水平的红宝石脉冲激激光在单位面积上集中的能量很高。一台较高水平的红宝石脉冲激光器亮度达比太阳的发光亮度高出很多倍。把这种高亮度的激光束会聚后能产光器亮度达比太阳的发光亮度高出很多倍。把这种高亮度的激光束会聚后能产生几百万摄氏度的高温。在这种高温下，就是最难熔的金属，在一瞬间也会熔生几百万摄

11、氏度的高温。在这种高温下，就是最难熔的金属，在一瞬间也会熔化。化。3 3 单色性好单色性好 单色光是指谱线宽度很窄的一段光波。用表示波长，表示谱线宽单色光是指谱线宽度很窄的一段光波。用表示波长，表示谱线宽度，则越小，单色性越好。在普通光源中最好的单色光源是氪度，则越小，单色性越好。在普通光源中最好的单色光源是氪( (KrKr8686) )灯。灯。 4 4 高相干性高相干性 相干性就是指相干波在叠加区得到稳定的干涉条纹所表现的性质。相干性就是指相干波在叠加区得到稳定的干涉条纹所表现的性质。普通光源是非相干光源，而激光是极好的相干光源。普通光源是非相干光源，而激光是极好的相干光源。 由于激光具有上

12、述特点，因此利用激光可以导向；做成激光干涉仪测量物体由于激光具有上述特点，因此利用激光可以导向；做成激光干涉仪测量物体表面的平整度、测量长度、速度、转角；切割硬质材料等。随着科学技术的发表面的平整度、测量长度、速度、转角；切割硬质材料等。随着科学技术的发展，激光的应用会更加普遍。展，激光的应用会更加普遍。 第十章 辐射式传感器10.2.3 激光器激光器 激光器的种类很多。按其工作物质可以分为气体、液体、固体、半导体激光激光器的种类很多。按其工作物质可以分为气体、液体、固体、半导体激光器。器。 1 1 固体激光器固体激光器 固体激光器的工作物质主要是掺杂晶体和掺杂玻璃，最常用的是红宝石固体激光器

13、的工作物质主要是掺杂晶体和掺杂玻璃，最常用的是红宝石( (掺掺铬铬) )、钕玻璃、钕玻璃( (掺钕掺钕) )、钇铝石榴石、钇铝石榴石( (掺钕掺钕) )。固体激光器的常用激励方式是光激。固体激光器的常用激励方式是光激励励( (简称光泵简称光泵) )，也就是用强光去照射工作物质，也就是用强光去照射工作物质( (一般为棒状，在光学共振腔中，一般为棒状，在光学共振腔中，它的轴线与两个反光镜相垂直它的轴线与两个反光镜相垂直) )，使之激发起来，从而发出激光。，使之激发起来，从而发出激光。 为了有效地利用泵灯为了有效地利用泵灯( (用脉冲用脉冲氙灯、氪弧灯、汞弧灯、碘钨氙灯、氪弧灯、汞弧灯、碘钨灯等各种

14、灯作为光泵源的简称灯等各种灯作为光泵源的简称) )的光能，常采用各种聚光腔。的光能，常采用各种聚光腔。如果工作物质和泵灯一起放在如果工作物质和泵灯一起放在共振腔内，则腔内壁应镀上高共振腔内，则腔内壁应镀上高反射率的金属薄层，使泵灯发反射率的金属薄层，使泵灯发出的光能集中照射在工作物质出的光能集中照射在工作物质上。上。图 9.4.5 固 体 激 光 器CL图图10.2.3 红宝石固体激光器红宝石固体激光器第十章 辐射式传感器 红宝石激光器如图红宝石激光器如图10.2.3所示，图中所示，图中1是脉冲氙灯；是脉冲氙灯；2是红宝石棒，是红宝石棒，3是椭圆是椭圆柱形聚光器，柱形聚光器，4是全反射镜，是全

15、反射镜，5是部分是部分反射镜。它是世界上第一台成功运转反射镜。它是世界上第一台成功运转的激光器。这种激光器在常温下，只的激光器。这种激光器在常温下，只能作脉冲运转，而且效率较低。能作脉冲运转，而且效率较低。 钕玻璃激光器的效率比红宝石激光器要高，它发出钕玻璃激光器的效率比红宝石激光器要高，它发出1.06的红外激光。钕玻的红外激光。钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，通常也只能作脉冲运转。钇铝石璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，通常也只能作脉冲运转。钇铝石榴石激光器是目前性能最好的固体激光器之一，能连续运转，其连续输出功榴石激光器是目前性能最好的固体激光器之一，能连续运转，其连续输出功

16、率可超过率可超过1000W。它发出的激光波长是。它发出的激光波长是1.06的红外光。的红外光。图9.4.5 固体激光器CL图图10.2.3 红宝石固体激光器红宝石固体激光器第十章 辐射式传感器 车速测量仪采用小型半导体砷化镓车速测量仪采用小型半导体砷化镓( (GaAsGaAs) )激光器，其发散角在激光器，其发散角在2020间，发光波长为间，发光波长为0.90.9。其光路系统如图其光路系统如图10.2.410.2.4所示，图中所示，图中1 1是激光源；是激光源；2 2为发射透镜；为发射透镜；3 3为接收透镜；为接收透镜；4 4为光敏元为光敏元件。为了适应较远距离的激光发射和接收，发射透镜采用件

17、。为了适应较远距离的激光发射和接收，发射透镜采用437437mmmm，焦距，焦距115115mmmm，接收透镜，接收透镜采用声采用声3737mmmm，焦距，焦距6565mmmm。砷化镓激光器及光敏元件。砷化镓激光器及光敏元件3 3DU33DU33分别置于透镜的焦点上，砷化镓分别置于透镜的焦点上，砷化镓激光经发射透镜激光经发射透镜2 2成平行光射出，再经接收透镜成平行光射出，再经接收透镜3 3会聚于会聚于3 3DU33DU33。 为了保证测量精度，在发射镜前放一个宽为为了保证测量精度，在发射镜前放一个宽为2 2mmmm的狭缝光阑，其测速的基本原理如下，的狭缝光阑，其测速的基本原理如下，当汽车行走

18、的速度为当汽车行走的速度为v v，行走的时间为，行走的时间为t t时，则其行走的距离时，则其行走的距离 S S= =vt vt 现选取现选取s slmlm。使车行走时先后切割相距。使车行走时先后切割相距lmlm的两束激光，测得时间间隔，即可算出速度。的两束激光，测得时间间隔，即可算出速度。采用计数显示，在主振荡器振荡频率为采用计数显示，在主振荡器振荡频率为100100kHzkHz情况下，计数器的计数值为情况下，计数器的计数值为N N时，车速的表时，车速的表达式可写成达式可写成( (v v以以kmkmh h为单位为单位) )上式就是测速仪的换算式。上式就是测速仪的换算式。2 2 测量车速测量车速

19、 N1036 1013600Nfv43图9.4.7 测车速光路系统1234115 m30 m65 m10.2.4 10.2.4 车速测量光路系统车速测量光路系统第十章 辐射式传感器10.3.1 10.3.1 红外辐射的产生及其性质红外辐射的产生及其性质 红外辐射是由于物体红外辐射是由于物体( (固体、液体和气体固体、液体和气体) )内部分子的转动及振动而产生的。内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只有在绝对零度这类振动过程是物体受热而引起的，只有在绝对零度(-273.16(-273.16) )时，一切时，一切物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射

20、红外线。物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射红外线。换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。例如火焰、换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。例如火焰、轴承、汽车、飞机、动植物甚至人体等都是红外辐射源。轴承、汽车、飞机、动植物甚至人体等都是红外辐射源。 红外线和所有的电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质，红外线和所有的电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质，但它的特点但它的特点是热效应非常大，红外线在真空中传播的速度是热效应非常大，红外线在真空中传播的速度c=3c=310108 8m ms s，而在介质中传，而在

21、介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用使它产生衰减。红外线的衰减遵循如下规播时，由于介质的吸收和散射作用使它产生衰减。红外线的衰减遵循如下规律律 式中，式中，I I为通过厚度为为通过厚度为x x的介质后的通量；的介质后的通量；I I0 0为射到介质时的通量；为射到介质时的通量；e e为自然为自然对数的底；对数的底；K K为与介质性质有关的常数。为与介质性质有关的常数。 KxeII010.3 10.3 红外辐射传感器红外辐射传感器第十章 辐射式传感器 金属对红外辐射衰减非常大，一般金属材料基本上不能透过红外线；大金属对红外辐射衰减非常大，一般金属材料基本上不能透过红外线；大多数的半导体材料及一些

22、塑料能透过红外线；液体对红外线的吸收较大，多数的半导体材料及一些塑料能透过红外线；液体对红外线的吸收较大，例如厚例如厚l(mm)l(mm)的水对红外线的透明度很小，当厚度达到的水对红外线的透明度很小，当厚度达到lcmlcm时，水对红外线时，水对红外线几乎完全不透明了；气体对红外辐射也有不同程度的吸收，例如大气几乎完全不透明了；气体对红外辐射也有不同程度的吸收，例如大气( (含水含水蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等) )就存在不同程度的吸收，它对波长为就存在不同程度的吸收，它对波长为1 15 5m m，8 81414m m之间的红外线是比较透明的，对其他波长的透明度就差了

23、。之间的红外线是比较透明的，对其他波长的透明度就差了。而介质的不均匀，晶体材料的不纯洁，有杂质或悬浮小颗粒等，都会引起而介质的不均匀，晶体材料的不纯洁，有杂质或悬浮小颗粒等，都会引起对红外辐射的散射。对红外辐射的散射。 实践证明，温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长。由此在工业上和军实践证明，温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长。由此在工业上和军事上根据需要有选择地接收某一范围的波长，就可以达到测量的目的。事上根据需要有选择地接收某一范围的波长，就可以达到测量的目的。 第十章 辐射式传感器电磁波谱电磁波谱第十章 辐射式传感器10.3.2 10.3.2 红外线传感器的类型红外线传感器的类型 能把红外

24、辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器，主要有热敏型和能把红外辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器，主要有热敏型和光电型两大类。光电型两大类。 热敏型是利用红外辐射的热效应制成的，其核心是热敏元件。由于热敏元热敏型是利用红外辐射的热效应制成的，其核心是热敏元件。由于热敏元件的响应时间长，一般在毫秒数量级以上。另外，在加热过程中，不管什么件的响应时间长，一般在毫秒数量级以上。另外，在加热过程中，不管什么波长的红外线，只要功率相同，其加热效果也是相同的，假如热敏元件对各波长的红外线，只要功率相同，其加热效果也是相同的，假如热敏元件对各种波长的红外线都能全部吸收的话，那么热敏探测器对各种波长基

25、本上都具种波长的红外线都能全部吸收的话，那么热敏探测器对各种波长基本上都具有相同的响应，所以称其为有相同的响应，所以称其为“无选择性红外传感器无选择性红外传感器”。这类传感器主要有热。这类传感器主要有热释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。 光电型是利用红外辐射的光电效应制成的，其核心是光电元件。因此它的光电型是利用红外辐射的光电效应制成的，其核心是光电元件。因此它的响应时间一般比热敏型短得多，最短的可达到毫微秒数量级。此外，要使物响应时间一般比热敏型短得多，最短的可达到毫微秒数量级。此外，要使物体内部的电子改变运动状态，入射辐射的光子能量必须足够大，

26、它的频率必体内部的电子改变运动状态，入射辐射的光子能量必须足够大，它的频率必须大于某一值，也就是必须高于截止频率。由于这类传感器以光子为单元起须大于某一值，也就是必须高于截止频率。由于这类传感器以光子为单元起作用，只要光子的能量足够，相同数目的光子基本上具有相同的效果，因此作用，只要光子的能量足够，相同数目的光子基本上具有相同的效果，因此常常称其为常常称其为“光子探测器光子探测器”。这类传感器主要有红外二极管、三极管等。这类传感器主要有红外二极管、三极管等。 第十章 辐射式传感器10.3.3 10.3.3 红外线传感器的应用红外线传感器的应用 在锻造厂里，工件在锻造之前需要在加热炉内加温到在锻

27、造厂里，工件在锻造之前需要在加热炉内加温到900C，其误差不得，其误差不得超过超过5C，否则会影响锻件的质量，所以控制锻件的温度是一关键问题。，否则会影响锻件的质量，所以控制锻件的温度是一关键问题。以往的办法是由工人目测温度，看到差不多了，把烧红的锻件取出放锻锤之以往的办法是由工人目测温度，看到差不多了，把烧红的锻件取出放锻锤之下进行锻压。而现在采用红外辐射测温计，通过加热炉口可以直接对准工件下进行锻压。而现在采用红外辐射测温计，通过加热炉口可以直接对准工件的表面，可以测量出工件的温度，如图的表面，可以测量出工件的温度，如图10.3.1所示。所示。 10.3.1 10.3.1 红外辐射测温计原

28、理红外辐射测温计原理第十章 辐射式传感器 当锻件加热到当锻件加热到900900C C时，红外探测器便时，红外探测器便输出电信号，启动电动机将锻件从加热炉输出电信号，启动电动机将锻件从加热炉中由传送带送到锻锤之下进行锻压加工。中由传送带送到锻锤之下进行锻压加工。这样利用红外探测器就可以对整个工作过这样利用红外探测器就可以对整个工作过程实现生产自动化。程实现生产自动化。 市售的市售的HBW-B型红外测温仪是非接触式型红外测温仪是非接触式数字显示仪表，它利用被测物的热辐射来数字显示仪表，它利用被测物的热辐射来确定物体温度，测温范围确定物体温度，测温范围600以上。测以上。测量距离是根据被测物目标大小

29、来确定的，量距离是根据被测物目标大小来确定的，被测物目标越大，测量距离越远。测量误被测物目标越大，测量距离越远。测量误差小于量程上限的差小于量程上限的1%。 10.3.1 10.3.1 红外辐射测温计原理红外辐射测温计原理红外温度传感器红外温度传感器测温范围：测温范围：-203000光学滤波器：光学滤波器：520m最好分辨率：最好分辨率：0.03最小灵敏度：最小灵敏度：10V/视视角：角：110，适于近距离测温，适于近距离测温内置内置Ni-1000热敏电阻热敏电阻 第十章 辐射式传感器10.4 10.4 核射线式传感器核射线式传感器 放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射

30、线，放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为放射性或核辐射。其放出的粒子或射线有以下几种：这种现象称为放射性或核辐射。其放出的粒子或射线有以下几种： 粒子。其质量为粒子。其质量为4.0027754.002775原子质量单位并带有原子质量单位并带有2 2个正电荷。个正电荷。粒子主粒子主要用于气体分析，测量气体压力、流量等。要用于气体分析，测量气体压力、流量等。 粒子。它实际上是高速运动的电子，其质量为粒子。它实际上是高速运动的电子，其质量为0.0005490.000549原子质量单位原子质量单位，放射速度接近光速。，放射速度接近光速。衰变是原子核中的一个中子转

31、变成一个质子而放出一衰变是原子核中的一个中子转变成一个质子而放出一个电子的结果。个电子的结果。粒子用于测量材料厚度、密度等。粒子用于测量材料厚度、密度等。 射线。它是一种电磁辐射。射线。它是一种电磁辐射。 核辐射与物质的相互作用主要是电离、吸收和反射。核辐射与物质的相互作用主要是电离、吸收和反射。10.4.1 10.4.1 核射线式传感器组成核射线式传感器组成 主要由放射源和探测器组成。主要由放射源和探测器组成。1 1、射线源、射线源利用射线式传感器进行测量时，都要有可发射出利用射线式传感器进行测量时，都要有可发射出、粒子或粒子或射线的辐射射线的辐射源。选择射线源应尽量提高检测灵敏度和减小统计

32、误差。为避免经常更换放射源。选择射线源应尽量提高检测灵敏度和减小统计误差。为避免经常更换放射源，要求采用的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度。因此尽管放射性同源，要求采用的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度。因此尽管放射性同位素种类很多，但能用于测量的只有二十种左右。最常用的有位素种类很多，但能用于测量的只有二十种左右。最常用的有8080CoCo、137137CsCs、241241AmAm及及9090SrSr等。等。第十章 辐射式传感器 放射线源的结构应使射线从测量方向射出，而放射线源的结构应使射线从测量方向射出，而其它方向则必须使射线的剂量尽可能小，以减少其它方向则必须使射线的剂量尽可能

33、小，以减少对人体的危害。对人体的危害。辐射源一般为圆盘状，辐射源一般为圆盘状，射线射线辐射源一般为丝状，圆柱状或圆片状。图辐射源一般为丝状，圆柱状或圆片状。图10.4.110.4.1所示为所示为厚度计辐射源容器，射线出口处装有耐厚度计辐射源容器，射线出口处装有耐辐射薄膜，以防灰尘浸入，并能防止放射源受到辐射薄膜，以防灰尘浸入，并能防止放射源受到意外损伤而造成污染。意外损伤而造成污染。 2 2、探测器、探测器探测器就是核辐射的接收器，常用的有电离室、闪探测器就是核辐射的接收器，常用的有电离室、闪烁计数器和盖革计数管。烁计数器和盖革计数管。 电离室电离室图图11-811-8为电离室工作原理，它是在

34、空气中设置一个为电离室工作原理，它是在空气中设置一个平行极板电容器，对其加上几百伏的极化电压，在极平行极板电容器，对其加上几百伏的极化电压，在极板间产生电场。当有粒子或射线射向二极板之间的空板间产生电场。当有粒子或射线射向二极板之间的空气时，它们在电场的作用下，正离子趋向负极，而电气时，它们在电场的作用下，正离子趋向负极，而电子趋向正极，便产生电离电流，并在外接电阻子趋向正极，便产生电离电流，并在外接电阻R R上形上形成电压降。测量此电压降就能得到核辐射的强度。这成电压降。测量此电压降就能得到核辐射的强度。这就是电离室的基本工作原理。就是电离室的基本工作原理。第十章 辐射式传感器 闪烁计数器闪

35、烁计数器图图11-9所示为闪烁计数器示意图。它由闪烁体和光电倍增管组成。当核辐所示为闪烁计数器示意图。它由闪烁体和光电倍增管组成。当核辐射进入闪烁体时，使闪烁体的原子受激发光，光透过闪烁体射到光电倍增管射进入闪烁体时，使闪烁体的原子受激发光，光透过闪烁体射到光电倍增管用的光阴极上打出光电子并在倍增管中倍增，在阳极上形成电流脉冲，最后用的光阴极上打出光电子并在倍增管中倍增，在阳极上形成电流脉冲，最后被电子仪器记录下来，这就是闪烁计数器记录粒子的基本过程。被电子仪器记录下来，这就是闪烁计数器记录粒子的基本过程。 电离室主要用于探测电离室主要用于探测、粒子，它具有成本低、寿命长等优点。但输出电粒子，

36、它具有成本低、寿命长等优点。但输出电流较小，而且探测流较小，而且探测、粒子和粒子和射线的电离室互不通用。射线的电离室互不通用。第十章 辐射式传感器三、核辐射检测的应用三、核辐射检测的应用核辐射可以检测厚度、液位、物位、转速、材料密度、重量、气体压力、流核辐射可以检测厚度、液位、物位、转速、材料密度、重量、气体压力、流速、温度及湿度等参数，也可用于金属材料探伤。现举例说明。速、温度及湿度等参数，也可用于金属材料探伤。现举例说明。图图11-1211-12所示所示为核辐射厚度计方框图。辐射源在容器内以一定的立体角放出射线，其强度在为核辐射厚度计方框图。辐射源在容器内以一定的立体角放出射线，其强度在设

37、计已选定，当射线穿过被测体后，辐射强度被探测器接收。在设计已选定，当射线穿过被测体后，辐射强度被探测器接收。在辐射厚度计辐射厚度计中，探测器常用电离室，根据电离式的工作原理，这时电离室就输出一电流，中，探测器常用电离室，根据电离式的工作原理，这时电离室就输出一电流，其大小与进入电离室的辐射强度成正比。前面已指出，核辐射的衰减规律为，其大小与进入电离室的辐射强度成正比。前面已指出，核辐射的衰减规律为， 从测得的从测得的I I值可获得质量厚度值可获得质量厚度x x，也就可得到厚度，也就可得到厚度h h的大小。在实际的的大小。在实际的辐射厚辐射厚度计中，常用已知厚度度计中，常用已知厚度h h的标准片

38、对仪器进行标定，在测量时，可根据校正曲的标准片对仪器进行标定，在测量时，可根据校正曲线指示出被测体的厚度。线指示出被测体的厚度。 第十章 辐射式传感器用于循环器官的用于循环器官的X线诊断设备线诊断设备X X线传感器拍摄的线传感器拍摄的X X线图像线图像X X线诊断装置拍摄的心脏血管影像线诊断装置拍摄的心脏血管影像第十章 辐射式传感器XY-1520/4型型X射线机射线机装置进口及国产金属陶瓷装置进口及国产金属陶瓷X射线管，广泛适用于各种轻合金及射线管，广泛适用于各种轻合金及28、45、70、95、105mm以下厚度铁板的检测，并可以成套配备以下厚度铁板的检测，并可以成套配备X射线实时成像系统。射

39、线实时成像系统。 第十章 辐射式传感器 微波传感器是继超声波、红外和核辐射等传感器之后的一种新型的非接触式微波传感器是继超声波、红外和核辐射等传感器之后的一种新型的非接触式传感器。微波是介于红外线与无线电波之间的电磁辐射。它不仅用于微波通讯、传感器。微波是介于红外线与无线电波之间的电磁辐射。它不仅用于微波通讯、卫星发送等无线通讯，而且在雷达、导弹制导、遥感、射电望远镜等方面也有卫星发送等无线通讯，而且在雷达、导弹制导、遥感、射电望远镜等方面也有应用。微波是波长为应用。微波是波长为1m1mm的电磁波，它既具有电磁波的特性，又与普通的电磁波，它既具有电磁波的特性，又与普通的无线电波及光波不同。微波

40、具有下列特点：的无线电波及光波不同。微波具有下列特点： 1.空间发射装置容易制造；空间发射装置容易制造； 2.遇到各种障碍物易于反射；遇到各种障碍物易于反射； 3.绕射能力差；绕射能力差； 4.传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光等影响很小；传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光等影响很小； 5.介质对微波吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。介质对微波吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。 微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。部分组成。 微波传感器微波传感器第十章 辐射式传感器 微波传感器就是利用微波特性来检测一些物理量的器