传感器第九章 辐射式传感器

第一节红外辐射传感器第二节超声波传感器第三节核辐射传感器内容提要学习目标掌握红外辐射的特点及红外辐射的基本定律；熟悉红外探测器的原理；了解超声波的波型及其传播速度，掌握超声波传感器工作原理；熟悉核辐射基础知识，掌握α射线、β射线、γ射线的特性；掌握各种辐射物质与物质间的相互作用；熟悉各种核辐射传感器的原理，了解各种辐射式传感器应用。四、红外传感器应用一、红外辐射的基本特点三、红外探测器二、红外辐射的基本定律第一节红外辐射传感器应用领域：红外辐射测量；热成像遥感技术；红外搜索、跟踪目标、确定位置；通讯、测距等。基本原理：

利用红外辐射光-热-电能量转换过程，来对被测非电量测量。红外线微波X射线γ射线紫外线可见光宇宙射线无线电波一、红外辐射的基本特点

1、一种不可见光。波长范围大致在0.78～1000μm。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。

2、红外辐射的物理本质是热辐射。

物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射能量就越强。

自然界中的任何物体，只要温度在绝对零度以上，都能产生红外辐射（光谱中最大光热效应区）。

3、具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速传播，具有明显的波粒二相性。

4、大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带。红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、3～5μm和8～14μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。二、红外辐射的基本定律

1、希尔霍夫定律

一个物体向周围辐射能量的同时，也吸收周围物体的辐射能，希尔霍夫定律指物体的辐射发射量Er和吸收率α之比与物体的性质无关，总等于同一温度下绝对黑体的辐射能量。Er

：物体在单位面积和单位时间内发射出来的辐射能α：物体对辐射能的吸收系数E0

：等价于黑体在相同温度时辐射的能量，为常数

黑体：能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体。是在任何温度下全部吸收任何波长辐射的物体，吸收本领与波长和温度无关，即α=1；加热后，发射热辐射也比任何物体都大。镜体：能全部反射红外辐射的物体。

透明体：能全部透过红外辐射的物体。

灰体：能部分反射或吸收红外辐射的物体。

2、普朗克定律黑体辐射发射量的光谱特征，以严格的数学关系给出：

E：某物体在温度T时单位面积和单位时间的红外辐射总能量。σ：斯忒藩-波尔兹曼常数，5.6697×10-12w/cm2k4ε:比辐射率，即物体表面辐射本领与黑体辐射本领之比,黑体的ε=1

。T：物体的绝对温度。

3、斯忒藩-波尔兹曼定律物体红外辐射的能量与它自身的绝对温度T的四次方成正比，并与ε成正比。物体温度越高辐射能量越大。

4、维恩位移定律

物体峰值波长与物体自身的绝对温度成反比。200ºC100ºC50ºC30ºC10020406080124681020λ/μm分谱辐射出射度峰值辐射波长随温度升高向短波方向偏移。当温度不很高时，峰值辐射波长在红外区域。三、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。

1、红外探测器类型（1）热探测器

热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。

热探测器优点：

1、响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域；2、可以在常温下工作，使用方便，应用广泛；

热探测器缺点：与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。热释电效应：电石、水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体受热产生温度变化时，其原子排列将发生变化，晶体自然极化，在其两表面产生电荷的现象称为热释电效应。铁电体：其极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。

如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。

P黑色膜电极透明电极ΔP1）热释电结构把具有热释电效应的晶体薄片两面镀上电极（类似电容），为使晶体吸收红外线，将透明电极涂上黑色膜。温度一定时极化产生的电荷被附集在外表的自由电荷慢慢中和，不显电性，热释电材料要显示出电特性，热释电传感器需要用光调制器，使温度变化，调制器的入射光频率必须大于中合时间的频率。

ΔPPΔTT/℃自发极化中和的平均时间为热释电元件可视为电流源，产生的是电荷,下式说明热释电材料只有在温度变化时才产生电流、电压：S—元件面积；P—极化强度；热释电元件外形结构2）热释电元件3)热释电元件等效电路输出电压：

热释电元件等效电路OUT+VGNDRsRg使用时要求有较高的输入电阻，还需用FET进行阻抗变换。（2）光子探测器光子效应：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。

通过光子探测器测量材料电子性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。

光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般需在低温下工作。2、红外探测器基本参数（1）响应率

输出电压与输入的红外辐射功率之比。（2）响应波长范围红外探测器响应率与入射辐射的波长的关系。rλrprp/20λpλc热敏探测器光电探测器热敏探测器响应率与波长无关。（3）噪声等效功率（NEP）

若投射到探测器上的红外辐射功率所产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压，这个辐射功率就是噪声等效功率。（4）探测率：

（5）响应时间

加入或去掉辐射源的响应速度。两种时间相等。探测率实质上就是当探测器的敏感元件具有单位面积，放大器的带宽为1Hz时，单位功率辐射所获得的信噪比。3、红外探测器的组成根据光学系统的结构分为反射式和透射式两种。（1）反射式红外探测器a1.浸没透镜2.敏感元件3.前置放大器4.聚乙烯薄膜5.次反射镜6.主反射镜（1）反射式红外探测器b1.浸没透镜2.敏感元件3.前置放大器4.聚乙烯薄膜5.次反射镜6.主反射镜（2）透射式红外探测器1.光谱2.保护窗口3.光栅4.透镜

5.浸没透镜6.敏感元件7.前置放大器四、红外传感器应用1.红外测温仪物体温度低于1000℃时，向外辐射红外光

2、红外线气体分析仪几种气体对红外线的透射光谱COC2H2CO2C2H6C2H4CH44.65μm2.78μm4.26μm13μm红外线气体分析仪结构原理图1-光源；2-抛物体反射镜；3-同步电动机；4-切光片；5-滤波气室；6-参比室；7-测量室；8-红外探测器；9-放大器3、红外无损探伤仪4、热释电红外报警控制电路人体辐射红外线波长6～12μm，温度36°～37°；人活动的频率范围一般在0.1～10Hz之间；热释电元件可检测到10M距离，85°的水平视角范围；1.5M增益100倍5、红外光束报警电路1.发射-串联，接收-并联，管子的间距小于75mm，小于人体的肩厚度。

2.只有大于75mm的物体遮挡时输出报警信号，可防止蚊虫、飞蛾导致的误报。6、红外遥控发射、接收电路NE555振荡器红外探测制导

空空导弹红外摄像红外测温红外报警第一节红外辐射传感器第九章辐射式传感器第二节超声波传感器第三节核辐射传感器一、超声波的波型及其传播速度第二节超声波传感器二、超声波传感器三、超声波传感器应用声波：其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波次声波：低于16Hz的机械波超声波：高于2×104Hz的机械波微波：频率在3×108~3×1011Hz之间的波基本原理：利用某些非声量的物理量（如密度、流量等）与描述超声波媒质声学特性的超声量（声速、衰减、声阻抗等）之间存在着直接或间接关系。探索到这些规律，通过超声量的测定来测出某些被测物理量。

测量对象：密度、流量、液位、厚度、缺陷等。

一、超声波的波型及其传播速度

1、超声波波型

①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；

②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；

③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。2、超声波传播速度（1）在气体、液体中传播

（2）在固体中传播

纵波在固体中传播：与介质形状有关E：杨氏模量μ：泊松系数K：体积弹性模量G：剪片弹性模量E：杨氏模量μ：泊松系数K：体积弹性模量G：剪片弹性模量横波在固体中传播（2）在固体中传播

通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速的90%。气体中纵波声速为344m/s，液体中纵波声速在900～1900m/s。3、超声波的物理性质（1）超声波的反射和折射声波的反射系数:声波的透射系数:I0,Ir,It：分别为入射波、反射波、透射波声强；

α、β:为声波的入射角和折射角；ρ1c1、ρ2c2:为两介质的声阻抗，其中c1和c2分别为反射波和折射波的速度。当超声波垂直入射界面，即α=β=0时，则若ρ2c2≈ρ1c1，则R≈0，T≈1，声波几乎没有反射，全部从第一介质透射入第二介质；若ρ2c2>>ρ1c1,则R≈1，声波在界面上几乎全反射，透射极少。当ρ1c1>>ρ2c2时，R≈1，声波在界面上几乎全反射。例：在20℃水温时，水的特性阻抗为

ρ1c1=1.48×106kg/(m2·s)

空气的特性阻抗为

ρ2c2=0.000429×106kg/(m2·s)

ρ1c1>>ρ2c2

故超声波从水介质中传播至水气界面时，将发生全反射。声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为Px、Ix:距声源x处的声压和声强；x:声波与声源间的距离；α:衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。（2）超声波的衰减扩散：随声波传播距离增加而引起声能的减弱。

散射衰减：超声波在介质中传播时，固体介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波产生散射，其中一部分声能不再沿原来传播方向运动，而形成散射。散射衰减与散射粒子的形状、尺寸、数量、介质的性质和散射粒子的性质有关。

吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。

（3）超声波的波型转换Lαα1界面介质1介质2α2L1L2S1S2L—入射纵波；L1

—反射纵波；L2

—折射纵波

S1

—反射横波；S2—折射横波。4、超声波与介质的相互作用机械效应超声波可以引起质点的运动空化效应一般表现在液体中微气泡的振动热效应

介质吸收超声波的能量二、超声波传感器

原理:利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。

分类:压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。

材料：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。利用压电材料的压电效应来工作：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；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。

1、超声波传感器工作方式b)反射式ＲＸＴＸＴＸＲＸc）兼用型ＴＸＲＸ专用型a)透射式遥控器、防盗报警器、接近开关等接近开关、测距、测液位或物位、金属探伤以及测厚等压电晶片多为圆板形，厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极板。阻尼块的作用是降低晶片的作用是降低晶片的机械品质，吸收声能量。如果没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时，晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。

2、压电式超声波传感器3、磁致伸缩式超声波传感器磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。目标表面粗糙的目标表面会对声波有散射作用如目标物体是柔软或海面状的，反射信号是最小值。3cm333cm1、操作应考虑因素三、超声波传感器实际应用中注意事项-目标物体上的突起会对声波有散射作用目标形状操作应考虑因素33cm3cm3目标大小小型目标物体只能反射部分声波1cm133cm操作应考虑因素目标夹角-入射角=反射角操作应考虑因素3cm3cm55o03cm3cm5500传感器位置错误声吸收正确错误正确操作应考虑因素气流会造成声波的偏转折射气流目标物体SensorFan2、环境应考虑因素温度作用低温环境会降低声波的传播速度高温环境会提高声波的传播速度环境应考虑因素冷3cm3cm3cm3cm热温度作用正确冷建议不使用热环境应考虑因素传感器被污染异物的聚集作用*导致弱信号输出*导致无反射信号注意: 尽管传感器被污染也是一个需要考虑的因素，但超声波传感器仍然能够在充满异物的操作环境中，卓越的完成传感监测工作。环境应考虑因素四、超声波传感器应用1、超声波物位传感器hhsh2ah2as超声波在液体中传播测量超声波在空气中传播测量单换能器从发射到接收的时间：

t=2h/C传感器到液面的距离：

h=ct/2双换能器经过的路程：

2S=ct液位高度：

C：超声波在介质中传播速度2、超声波流量传感器F1发射的超声波先到达

T1（1）时间差法测量流量电路LB1B2管道超声波传感器1超声波传感器2υ（2）频率差法测量流量F1发射的超声波到达

F2的时间较短此时超声波的传输时间将由下式确定：F2F1发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧3、超声波探伤脉冲发生器接收放大显示器探头发射波接收波缺陷波反射法探伤根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种高频连续波发生器试件放大器显示器发射探头接收探头穿透法探伤：穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。4、超声波测温主控器发射电路探头反射板控制电路时钟电路计数器放大整形接收波发射波5、超声波测厚

双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度：液位测量6、其他应用储油罐分选或高度的分选堆置高度控制为计数或安全目的，进行人员探测厚度测量位置监测超声波探伤传感器医学超声波检测超声波测液位第一节红外辐射传感器第九章辐射式传感器第二节超声波传感器第三节核辐射传感器原理：

基于核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射、反射等物理性质。应用：

测量物质的密度、厚度；分析气体成分；探测物体内部结构。定义：将入射核辐射（粒子）的全部或部分能量转化为可观测的信号（如电流、电压信号）的装置。利用辐射可以构成近乎完美的测量方法。射线通过物体时由于被吸收而减少，只要准确测量出射线的损失量，就可以由相关物理关系准确推算出被测物的厚度、吸收系数（CT值）等参数。一、核辐射常用术语

同位素：具有相同的核电荷数Z而有不同的质子数A的原子所构成的元素。核辐射：假设某种同位素的原子核在没有外力作用下，自动发生衰变，衰变中释放出α射线、β射线、γ射线、X射线等，这种现象称为核辐射。而放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源。衰变：某种物质，在没有任何外界作用时，原子核向外辐射出某种射线而变成另外一种元素。衰变规律：放射源的强度是随着时间按指数定理而减低J0——开始时的放射源强度；J——经过时间为t以后的放射源强度；λ——放射性衰变常数。半衰期：指放射性同位素的原子核数衰变到一半所需要的时间，又称为放射性同位素的寿命。

1.α射线二、核辐射的种类

质量为4.002775u(原子质量单位)；带有正电荷，即氦原子核；具有40～100MeV的能量；平均寿命为几微秒到1010年；从核内射出速度为20km/s；射程长度在空气中为几厘米到十几厘米。α

衰变12C原子质量1.9927×10-26kg,其质量的十二分之一1.6606×10-27kg

2.β射线

质量为0.000549u；带有一个单位的电荷；能量为100keV～几兆电子伏特；运动速度较α粒子高很多；在气体中的射程可达20m。β-

衰变β+

衰变

3.γ射线4.X射线原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。

原子核从不稳定的高能激发态跃迁到稳定的基态或较稳定的低能态，并且不改变其组成过程称为γ衰变（或称γ跃迁），发生γ跃迁时所放射出的射线称γ射线或γ光子，是以光速运动的光子流，不带电。

衰变1、α、β射线与物质的相互作用（1）电离

当α、β射线穿过物质时，使其分子或原子的轨道电子产生加速运动，如果此轨道电子获得足够大的能量，就能脱离原子成为自由电子，从而产生一对自由电子和正离子组成的离子对。这种现象称为电离。

α粒子质量大，电荷量多，电离能力最强，但射程短；

β粒子质量小，电离较弱；

γ粒子没有直接电离作用。三、核辐射与物质的相互作用

（2）激发若在相互作用中，轨道电子获得的能量还不足以使它脱离原子成为自由电子，仅使自由电子从低能级跃迁到高能级，这种相互作用称为激发。2、γ射线与物质的相互作用（1）光电效应当一个光子和原子相碰撞时，将其能量全部交给某一轨道电子，使它脱离原子，光子则被吸收，这种现象称为光电效应。

光电效应也伴随有次级辐射产生。当γ射线通过物质时，由于发生光电等效应的结果，它的强度将减弱，它也遵循指数衰减规律。（2）康普顿效应入射γ光子原子θφγ光子电子入射γ光子与介质中的电子发生碰撞，γ光子偏离原来的方向，同时将一部分能量转移给电子，使电子按φ射出。3、核辐射线的特点

α、β、γ射线穿透物质时，由于与物质发生作用损失能量而最终被吸收而造成衰减。

α射线穿透能力最弱，在空气中运行轨迹为直线；

β射线次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换而改变方向产生散射，在空气中运行轨迹为折线；

γ射线穿透能力最强，能穿透几十厘米厚固体物质，在气体中可穿透数米，因此γ射线广泛用于医疗诊断、金属探伤等。1、电离室

四、核辐射传感器常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。

电离室外加电压增大，电流趋于饱和，一般工作在饱和区，使输出电流与外加电压无关，输出只正比于入射到电离室的辐射强度。α、β、γ电离室不能通用，不同粒子相同条件下效率相差很大。电离室主要用于探测α、β射线。

2.

正比计数管放大作用仅限于芯线近旁，所以可得到与放射线的入射区域无关的一定的放大倍数。由于放大而产生的阳离子迅速离开气体放大区域而产生输出脉冲。输出脉冲的大小正比于因放射线入射而产生电子、正离子对的数目，而电子、正离子对数正比于气体吸收的放射线的能量。因此，正比计数管可以探测入射放射线的能量。

正比计数器正比计数器是一种充气型辐射探测器，工作在气体电离放电伏安特性曲线的正比区。计数器接收一个X、γ光子后就输出一个电脉冲，幅度与光子能量成正比，输出脉冲的大小正比于入射产生的电子和正离子对数目，电子和正离子对数目正比于气体吸收的放射线的能量。正比计数器工作原理使气体原子电离＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－－－初级射线高压

3.盖革-弥勒计数管盖格计数管也称气体放电计数器。一个密封玻璃管，中间是阳极用钨丝材料制作，玻璃管内壁涂一层导电物质或是一个金属圆管作阴极，内部抽真空充惰性气体（氖、氦）、卤族气体。

计数管内充有氩、氦等气体。为了便于密封，计数管常用玻璃作外壳，而阴极用金属或石墨涂覆于玻璃表面内部或在外壳内用金属筒作阴极。在盖革-弥勒计数管中，阴极和阳极间施加比计数管高的电压。X射线、α射线、β射线入射使产生比正比计数管激烈的气体放大，原离子所在区域沿中央丝极传播到整个计数管内。由于电子漂移速度很快，很快地被收集，于是在中央丝极周围形成一层正离子，称为正离子鞘。正离子鞘的形成使阳极附近的电场变弱，直到不再能产生离子的增殖，此时原始电离的放大过程就停止了。放大过程停止后，在电场作用下，正离子鞘向阴极移动，给出一个与正离子鞘的总电荷有关，而与原始电离无关的脉冲输出。在第一次放大过程停止以及电压脉冲出现后，计数管并不回到原始的状态。

由于正离子鞘到达阴极时得到一定的动能，所以正离子也能从阴极中打出次级电子。同时由于正离子鞘到达了阴极，中央阳极电场已恢复，因此这些次级电子又能引起新的离子增殖，像原先一样再产生离子鞘，再产生电压脉冲，造成所谓连续放电现象。克服这个问题必须采取特殊的方法使放电猝灭。猝灭放电的方法有两种：一种是采用猝灭电路，用来降低中央丝极的电压，使其降低到发生碰撞电离所需电压以下；另一种方法是在计数管中放入少量猝灭性气体。这种自猝灭型计数管又可分为两种：一种是充惰性气体和少量酒精、乙醚或石油醚的蒸气，称为有机管；另一种是管内充惰性气体和卤素气体，称为卤素管。

盖格计数管上电压U一定时，入射射线越强，电流I越大，输出脉冲数N越大，a、b段称“坪”；盖格计数管主要用于探测β粒子和γ射线。

4.闪烁计数器物质受放射线的作用而被激发，在由激发态跃迁到基态的过程中，发射出脉冲状的光的现象称为闪烁现象。能产生这样发光现象的物质称为闪烁体。闪烁计数器先将辐射能变为光能，然后再将光能变为电能而进行探测，它由闪烁体和光电倍增管两部分组成。负载电阻产生脉冲幅度一般为零点几伏到几伏，较盖革-弥勒计数管的幅度小。输出脉冲与入射粒子的能量成正比，探测γ射线的效率在20%～30%以上，比盖革-弥勒计数管和离子室高很多；探测α、β射线的效率接近100%。由于闪烁体中一次闪烁的持续时间很短,故最大计数率一般为106～108数量级。若输出采用电流法，则记录的辐射强度不受限制。闪烁计数器当闪烁体受到辐射时闪烁体的原子受激发光，光透过闪烁体射到光电倍增管的阴极上激发出电子，在光电倍增管中倍增，在阳极上形成电流。1200V闪烁探测器测量射线信号的基本特征入射射线E＝hνV输出端电信号输出信号幅度：V∝E脉冲信号产生率∝单位时间进入探测器射线数NaI(Tl)gdB通过分辩信号幅度，可以分辩射线能量；通过测量脉冲信号数，可以测定射线强弱。

5、半导体探测器荷电粒子一入射到固体中就与固体中的电子产生相互作用并失去能量而停止。入射到半导体中的荷电粒子在此过程产生电子和空穴对。而X射线或γ射线由于光电效应、康普顿散射、电子对生成等而产生二次电子，此高速的二次电子经过与荷电粒子的情况相同的过程而产生电子和空穴。若取出这些生成的电荷，可以将放射线变为电信号。主要使用的是Si和Ge，对GaAs、CdTe等材料。

开发的半导体传感器有PN结型传感器、表面势垒型传感器、锂漂移型传感器、非晶硅传感器等。α射线可实现气体分析，如气体压力、流量测量；β射线可进行带材厚度、密度检测；γ射线可探测材料缺陷、位置、密度与厚度测量。五、核辐射传感器的应用（1）

测厚

透射式测厚透射式测厚常用闪烁探测器，闪烁探测器记录穿透物体的γ射线的强度，其输出电流与辐射强度成正比。在辐射穿过物质时，由于物体吸收作用损失部分强度，强度按指数规律变化：透射式厚度计1.核辐射厚度计透射式厚度计射到探测器的透射射线强度J和物体厚度t的关系为J=J0e-μρt

或式中：ρ——被测材料的密度；μ——被测材料对所用射线的质量吸收系数；J0——没有被测物体时射到探测器处的射线强度。散射式测厚散射测厚时β放射（或低能X射线）源与探测器在同一侧，利用核辐射被物体后向散射的效应。散射强度与被测距离、物质成份、密度、厚度表面状态等因素有关：利用这种方法可测量薄板的厚度、覆盖层厚度、材料的成分、密度等参数。这种方法的优点为非接触测量，且不损坏被测物质。射线强度与散射体厚度之间的关系式为J散=J饱和（1-e-kρt）式中：t和ρ——散射体的厚度和密度；

J散和J饱和——厚度为t和厚度为“无限大”时的后向散射β射线强度；

k——与射线能量有关的系数。（2）物位测量利用介质对γ射线的吸收作用，不同介质对γ射线的吸收能力不同，固体吸收能力最强，液体居中，气体最弱。辐射源与被测介质一定，被测介质高度H与穿过被测介质的射线强度I成正比关系。辐射式物位计(γ