波式和辐射式传感器(《传感器基础》课件)

1、第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n本章主要介绍超声波传感器、微波传感器、红外传感器和核辐射式传感器的原理及其在各种参数检测中的应用n重点是超声波传感器、红外传感器及核辐射传感器的原理及应用n难点是超声波和核辐射传感器的原理第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n超声波传感器超声波传感器 超声波和声音一样，是一种机械振动波，是机械振动在弹性介质中的传播过程。超声波检测是利用不同介质对超声波传播的影响来探测物体和进行测量的一门检测技术。 1、超声波及其性质、超声波及其性质 频率高于2104 Hz的机械波，称为超声波。当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质

2、中传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射和波形转换等现象。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n超声波种类超声波种类 纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波，它能在固体、液体和气体介质中传播。 横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播。 表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，表面波只在固体的表面传播。 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n超声波的性质超声波的性质 1）超声波的速度 2）超声波的反射与折射 3）超声波的衰减2、超声波传感器、超声波传感器 利用超声波物理特性和各种效应而研制的装

3、置称为超声波换能器，或超声波探测器、超声波传感器，有时也叫超声波探头。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器 超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，在检测技术中压电式最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声振动波转换成电信号，可作为接收探头；由于其结构不同，分为直探头式、斜探头式和双探头式。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器 直探头式结构如图所示。 它主要由压电晶片、

4、吸收块(阻尼块)、保护膜、引线等组成。 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器3、超声波传感器的应用、超声波传感器的应用 1）超声波测液位）超声波测液位12hct第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器2）超声波测厚度）超声波测厚度12dvt第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器3）超声波测流量）超声波测流量22cvtL23450tan(m h)QDct/第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n微波传感器微波传感器 微波是波长为1mm1m的电磁波，既具有电磁波的性质，又与普通的无线电波及光波不同，是一种相对波长较长的电磁波，具有空间辐射装置容易制造

5、、遇到各种障碍物易于反射、绕射能力差、传输特性好等特点。 1、微波传感器原理、微波传感器原理 微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。由发射天线发出微波，此波遇到被测物体时将被吸收或反射，使微波功率发生变化。若利用接收天线，接收到通过被测物体或由被测物体反射回来的微波，并将它转换为电信号，再经过信号调理电路，即可以显示出被测量，实现了微波检测。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器2、微波传感器的特点、微波传感器的特点n 定向辐射的装置容易制造。n 遇到各种障碍物易于反射。 n 绕射能力差。n 传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光的影响很小。n 介质对微波的

6、吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器3、微波的组成和分类、微波的组成和分类 微波传感器是由微波振荡器、微波天线和微波检测器三部分组成。 根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射式和遮断式两类。 (1) 反射式传感器n 这种微波传感器是通过检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔来获得被测量的。一般它可以测量物体的位置、位移、厚度等参数。 (2) 遮断式传感器n 这种微波传感器是通过检测接收天线收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或被测物体的位置、 被测物中的含水量等参数。第第10章章 波式和辐射式

7、传感器波式和辐射式传感器4、微波传感器的应用、微波传感器的应用 1）微波式物位传感器）微波式物位传感器 2ottr()4PPG GSroPP第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器2）微波式液位传感器）微波式液位传感器2ttrr22()44PG GPSd第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器3） 微波式厚度传感器微波式厚度传感器第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n辐射式传感器辐射式传感器红外传感器红外传感器 红外线是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长介于可见光和微波之间，波长在0.773为近红外区，330为中红外区，30

8、1000为远红外区或极远红外区，红外线在电磁波谱中的位置如图所示。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器红外线特点红外线特点n 红外线易于产生，容易接收.n 采用红外发光二极管，结构简单，易于小型化，且成本低.n 红外线调制简单，依靠调制信号编码可实现多路控制.n 红外线不能通过遮挡物，不会产生信号串扰等误动作.n 功率消耗小，反应速度快.n 对环境无污染，对人、物无损害.n 抗干扰能力强。第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n红外探测器红外探测器 红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外辐射与

9、物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，可分为热探测器和光子探测器两大类。 1) 热控测器热控测器 热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器 2) 光子探测器光子探测器 光子探测器的工作机理是利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象，这种现象称为光子效应。光子探测器有内光电和外光电探测器两种，后者又分为光电导、光生伏特和光磁电探测器等三种。 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器n核辐射式传感器核辐射式传感器 核辐

10、射传感器一般由放射源、探测器以及电信号转换电路所组成。它可以检测厚度、液位、物位等参数。 1. 放射源 放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源， 释放出 射线、 射线、 射线、 射线等。 X第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器2、射线与物质的相互作用、射线与物质的相互作用 1）带电粒子和物质的相互作用 2) 射线和物质的相互作用0eIIh0e II第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器3、常用探测器、常用探测器 1) 电离室电离室 电离室原理图 电离室圆筒形结构图第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器2) 闪烁计数器闪烁计数器闪烁计数器结构图 第第10章章 波式和辐射式传感器波式和辐射式传感器4、核辐射式传感器的应用、核辐射式传感器的应用 1）红外线纸张监控器）红外线纸张监控