第章波式射线式和红外传感器

传感器原理与应用第11章

波式、射线式和红外传感器第11章

波式、射线式和红外传感器11.1

超声波式传感器11.2

微波式传感器11.3

核辐射式传感器11.4

红外传感器11.5

核辐射与红外传感器应用举例11.1

超声波式传感器

人耳能听到的声波频率在20Hz～20kHz之间。超过20kHz的称为超声波，低于20Hz的称为次声波。常用的超声波频率为几十kHz到几十MHz。11.1

超声波式传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波具有频率高、波长短，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是对不透光的固体，可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生反射、折射和波型转换等现象。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。11.1

超声波式传感器一些超声波传感器如图所示。11.1

超声波式传感器CUSS陶瓷超声波传感器如图所示。11.1

超声波式传感器11.1.1

超声波的基本性质11.1.2

超声波传感器11.1.3

超声检测技术的应用11.1.1

超声波的基本性质

1.波型及其转换(1)波型

由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，超声波的波型也不同，通常有三种形式

①纵波。质点振动方向与传播方向一致的波为纵波。它能在固体、液体或气体中传播。

②横波。质点振动方向垂直于传播方向的波称为横波，它只能在固体中传播。11.1.1

超声波的基本性质

③表面波。质点振动介于纵波和横波之间，介质表面受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，如图所示。沿着固体表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减，实际上在距表面一个波长以上的地方，振动己近消失。

工业应用中主要采用纵波。11.1.1

超声波的基本性质(2)波型转换

当纵波以某一角度入射到第二介质(固体)的界面上时，除了有纵波的反射、折射以外，还发生横波的反射和折射；在某种情况下，还能产生表面波。各种波型都符合反射及折射定律。11.1.1

超声波的基本性质

2.传播速度

超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关。气体中声速约344m/s、液体中为900～1900m/s；在固体中纵波、横波、表面波三者的声速有一定的关系，通常横波声速约为纵波的一半，表面波声速约为横波的90%。在钢材中的纵波声速约5000m/s。11.1.1

超声波的基本性质

3.反射及折射

超声波在两种介质中传播时，在它们的交界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射界面，在另一介质内继续传播，称为折射波。11.1.1

超声波的基本性质

对于反射波，当入射波和反射波的波型相同、波速相等时，反射角a等于入射角a。11.1.1

超声波的基本性质

对于折射波，入射角a、折射角b、入射波在介质1中的速度c1及折射波在介质2中的速度c2之间的关系为亦即11.1.1

超声波的基本性质

考虑到可能有波型转换，如图所示，可写成统一的公式如下11川.1尾.1超声己波的乒基本茅性质当超唉声波燃垂直胡于入务射界纽奉面，筐即a＝b＝0时，声波哄的反油射系投数R和透喷射系源数T分别浇如下式中秆，I0,Ir,It分别赠为入酬射波怖、反耀射波茶、透卷射波她的声唱强；r1c1、r2c2分别贝为两打介质弟的声阻法抗，r为密湖度，c为速汪度。11遗.1障.1超声键波的雨基本产性质由上拾面两仆式可机知①若r2c2≈r1c1，则R≈0，T≈1，此买时声乱波几喉乎没汤有反热射，榴全部恳从第指一介驼质透熔射入阶第二赶介质怀；②若r2c2>>r1c1,R≈1，则急声波腔在界是面上辟几乎斯全反干射，谱透射涝极少券。③当r1c1>>r2c2时，帮也有R≈1。11毒.1弦.1超声拍波的各基本耽性质例如，20根℃时水证的声摘阻抗银为r1c1＝1.驼48饿×1术06kg/(m2∙s)，空税气的靠声阻宁抗为r2c2＝0.娘00婶0究42秒9×此106kg/(m2∙s)，r1c1>>r2c2，故革超声挣波从凝水中撤传播锅至水捉气界武面时御，将内发生墙全反顽射。题反之猫亦然浊。11零.1紫.1超声苍波的哈基本允性质4.超声绢波的窜衰减超声销波在今介质翼中传鞠播时活，随手着传程播距殃离的书增加玩，能唯量逐屑渐衰岗减，敲距离叫声源x处的悟声压p和声糕强I的衰剧减规福律为式中守，A为衰志减系小数。11云.1扭.1超声颗波的沃基本雅性质衰减勉系数A与介宗质密领度及喘波的漂频率爪有很醒大关英系。漆气体密度躁小，蛾则衰栽减快，尤设其在频率鞋高时肝衰减蜡更快。因穿此在牧空气掏中采酒用的前超声话波频隔率较束低(几十kH巧z)，而羽在固滥体或劈燕液体谅中较悄高。11伯.1傻.1超声店波的痕基本锡性质声波葱在介掩质中崇传播蚁时，忘能量榜的衰治减决潜定于万声波叠的扩散赛、散抢射和穴吸收。(1)扩散尺衰减是指声波村在介裤质中盛传播莫时，槐其波均前逐躲渐扩秒展，拒从而矛导致栏声波指能量惑逐渐跃减弱完的现吗象。厕它和作波阵慰面的支几何字形状申有关悬。在理笔想介丽质中诵，声婶波的初衰减羊仅来棍自于微声波授的扩煎散。11奶.1害.1超声典波的沸基本美性质(2)散射隙衰减超声贷波在淋介质侨中传偶播遇决到尺烤寸与茫其波掏长可甲相比励或更经小的熟障碍坝物时膨会产椒生散旨射衰垒减。藏产生奇散射溉衰减医的原骨因很既多，枕可分知为两顶种情怀况，一种鹊是材咐料本遥身的昏不均养匀，如乖两种捧材料然的交糊界面脾、杂招质和箭气孔趣、晶顺体材约料的嗓各向候异性浅等；另一贩种是订晶粒再尺寸降可与武超声米波波芬长相拒比的区粗晶粮粒材治料，斜无入射薄的超白声波薪在晶璃界的肥散乱隶反射将使得珠声能系变为赛热能恨而损虹耗。在金准属中遗这往香往是约超声步波衰旗减的蜘主要鬼原因。11托.1振.1超声均波的罗基本品性质(3)吸收武衰减超声价波在条介质削中传萍播时仔，由贸于介泛质本增身的缎粘滞喜性和捡热传喘导所返引起卵的声永能损余耗称仍为吸会收衰察减。11钟.1辞.1超声沿波的病基本怨性质5.声阻负抗介质芹有一爽定的千声阻棋抗，声阻喂抗等脸于介踩质密泳度与城超声暴波速歌的乘熔积。11姐.1配.1超声夜波的钞基本狗性质6.声压当超沾声波枪在弹找性介马质中威传播烈时，裁介质脖质点混除了雁承受净未遭明扰动娘时的度静压姥强p0之外踩，还港有随释时间叮交替秀变化草的附加棒压强p，称后浊者为赞声压。声债压p＝f(x,y,z,t)，是伤时间羽和空讽间的律函数皇。11存.1超声怎波式程传感看器11取.1鬼.1超声窄波的芬基本别性质11标.1钢.2超声逗波传蠢感器11串.1和.3超声伪检测回技术胡的应悄用√11啄.1车.2超声付波传泼感器以超口声波贫作为俭检测锤手段靠，必讽须产恩生超祝声波僻和接盛收超堆声波柿。完遇成这玻种功束能的曲装置邪就是酷超声接波传族感器灶，习痒惯上寺称为超声打换能茫器，或射者超声娱探头。按超惭声波泻探头泄的结霞构，台可分撞为直探渣头，啦斜探岛头，擦双探使头和替液浸激探头等。尚按其耀工作红原理饱又可楼分为压电济式、认磁致猫伸缩喘式、往电磁旅式等。链实际技使用摧中压轻电式脑探头青最为注常见发。11副.1盟.2超声滩波传断感器(1)压电织式超茄声波赤探头图示为压茎电式念超声武波探劈燕头结陆构，拼主要舞由压介电晶牧体，盈吸收泰块(阻尼撞块)、保饰护膜掩等组缺成。11振.1李.2超声描波传店感器(2)磁致裳伸缩父型超键声波吵换能疲器其工婶作原另理是泥基于傅对磁镇性材俘料加稠上磁劳场后朗，就温在磁全场方漫向产价生应悄变的磁致简伸缩柱效应和加挣上应便力后茂就发断生磁灶化的逆磁犯致伸步缩效掉应。图示为典慌型结牙构，败其上撒限频谎率可宗到10离0荷kH芬z左右黄，主寺要用拥于海解洋鱼约群探蛋测器费和声锣纳。11求.1苏.2超声换波传买感器(3)电磁究超声底换能某器电磁姻超声近换能严器是兴一种窜新型触的超吗声发叛射接罢收装陶置。循特点掏是超践声产芬生和拿接收呈的过仿程中息换能端器与慨媒质把表面医非接庙触、居无需述加声鲁耦合展剂(提高耗耦合恳效率撇，如B超)、重稻复性贱好、雀检测取速度狠高。11怖.1赚.2超声演波传躬感器如图嘉所示，是犹洛仑傅兹力忆式电叹磁超漂声换扎能器贫产生验超声迁波的能原理浸图。11铺.1泄.2超声缸波传如感器(4)激光修超声勇波发效生器它是额利用伸激光疗来产享生超其声波可的。粒激光绪可以病在固丝式体中挎产生院超声副，也结可以策在气形体和孤液体前中产劲生超壤声。跳产生汽机理铸主要蹄是热安弹性骂膨胀寸机理假，脉改冲激品光将咬引起傍振动侍。对于图示压电也式超犹声波巴探头泽，超宁声波垒频率章与晶析片厚遍度d、纵笛波波舱速c、密赴度r的关练系为11仁.1携.2超声移波传改感器式中凤，n为谐崖波级宁数，n＝1,2,3,…11投.1超声虏波式波传感曾器11屑.1第.1超声倒波的延基本昌性质11闲.1弹.2超声词波传胸感器11桑.1够.3超声苍检测己技术下的应彩用√√11蔬.1堵.3超声抗检测佛技术侨的应螺用1.超声糕波测眼量厚加度超声没波测愚厚主勺要有脉冲恼回波腿法，掀共振歌法、寇干涉轨法等几警种。灶应用朵较广细的是仿脉冲须回波创法。脉冲畅回波残法测串量试退件厚圾度是振先测循量超无声波我脉冲抱往返冤通过迫试件胁所需饺的时狼间间辜隔t，然法后根案据超盼声波听在试洪件中造的传丹播速羡度c求出袭试件鹅的厚丑度。11眉.1盒.3超声泽检测泊技术龟的应饼用测量叉时超珍声波逗探头庙与被代测物条体表哄面接渡触；艇主控就制器慰控制止发射稼电路额发射泰一定匹频率汗的脉经冲信要号，卸激发桨探头盛发射分超声迎波脉革冲进葛入试致件，张到达坊底面崖后反遇射回急来，种并由倚同一学探头兔接收灭。11肯.1老.3超声书检测巾技术弱的应咬用测出眯从发奔射到连接收蜘的时希间间糟隔t，则信试件湿厚度垂为。11辆.1暑.3超声仅检测覆技术件的应的用2.超声恰波物陆位传蛋感器它是利阻用超疏声波识在两暮种介堵质的腹分界晃面上麦的反巴射特径性制旱成的银。根数据发纠射和稻接收惰换能候器的悬功能厦，传慈感器凉又可替分为单换疤能器和双换骄能器。单眼换能肚器发道射和葬接收惰超声棚波均灵使用肝一个各换能毙器，专而双麻换能额器发沉射和咳接收牢各由鼠一个抹换能僵器担俘任。11汉.1鬼.3超声灾检测慰技术猪的应快用超声睡波发辅射和壁接收谦换能残器可厌设置纳在液闻体中争，让擦超声唇波在主液体辱中传判播。夜由于蓄在液货体中烤衰减月比较拆小，锡所以信即使债发射套的超耗声脉慕冲幅唐度较幸小也摄可以蓝传播钱。发姜射和续接收初换能该器也岔可以液安装指在液两面上青方，愤让超弱声波艰在空漠气中聋传播把，这幻玉种方竖式便召于安勾装和库维修绸，但禁超声相波在号空气侄中的叫衰减忽比较忘厉害昼。11颂.1驰.3超声英检测枣技术淹的应筋用对于图示单换俘能器爪来说龄，超辆声波盖从发平射到芒液面漠，又垦从液旋面反沾射到窃换能本器的挽时间违为11银.1遭.3超声器检测帜技术拖的应裤用对于图示鬼双换关能器来说齐，液稍位高牛度为超声敢物位静传感市器具摔有精孝度高论和使认用寿洞命长臂的特凶点，铺但若雹液体摩中有设气泡置或液腊面发芝生波悟动，贷便会鉴有较习大的损误差不。11并.1键.3超声葵检测之技术液的应杆用3.超声喝波流在量传桶感器超声黄波流肾量传斗感器厦的测退定原姻理是切多样谱的，寒如猴传播东速度匆变化贩法、佳波速洞移动夜法、同多普牵勒效恐应法铸、流次动听恶声法骆等。怎但目剧前应眯用较够广的存主要彩是超声捷波传柱输时温间差啄法，它寺利用稍的是忘超声材波在煮静止晌流体筒和流反动流灭体中安的传拒输速费度不带同。11雕.1忘.3超声云检测砌技术热的应么用在流命体的滚上、枣下游杨相距L设置乡丰两个裙超声烛波传要感器侧，它股们既蛾可发丈射又买可接血收超答声波漏。设勤顺流零方向老的传啄输时竞间为t1，逆挡流方邻向的夕传输竖时间左为t2，流孤体静帝止时蕉的超收声波筐速度泼为c，流乞体流稀动速与度为u，则11尺.1赠.3超声雄检测律技术奶的应哥用一般统来说棕，流渠体的抚流速朵远小辜于超佣声波府在流批体中恒的传旗播速首度，咱那么维超声按波传轨播时筝间差泛为则11溉.1余.3超声税检测济技术象的应揭用在实普际应箱用中喉，超筐声波区传感周器安题装在忘管道论的外问部，愉从管网道的章外面驻透过头管壁汤发射直和接范收超赞声波溜不会衣给管设路内奖流动缺的流顿体带坐来影镰响。萍但公厚式需京相应沈地改茂变。11舞.1塌.3超声碧检测电技术滴的应奋用4.超声造波探施伤超声大波探璃伤主佩要是澡通过抄测量浊信号符往返衬于表简面和角缺陷指之间爱的时掩间，纷来确锐定缺抓陷和柴表面踏之间夺的距拘离；易测量裕回波乘信号虾的幅培度和残改变记发射怒换能抖器的芒位置挑，来堡确定芽缺陷楚的大降小和膜方位幻玉。这戒就是郊通常糠所说桨的脉闯冲反斗射法芒或A扫描君法。内此外侨还有B扫描再法、C扫描界法、D扫描皂法等盐。11瞎.1江.3超声背检测暖技术拿的应局用A扫描肯法、B扫描娘法、C扫描巾法、D扫描质法如定图所捎示。11宽.1左.3超声柄检测汁技术澡的应加用一种滩多功己能超意声诊注断系展统如图师所示。超声失波在叹医疗匙领域老还有活非常侦广泛虚的应筝用，渔可用字于疾埋病诊狱断和列治疗将。11保.1超声做波式唱传感需器11筐.1丧.1超声怒波的惑基本阅性质11爆.1碍.2超声蔬波传匀感器11蒜.1喝.3超声迎检测么技术舟的应谁用√√√第11章波式、射线洲式和红外传感外器11活.1超声狗波式蒸传感调器11除.2微波乱式传代感器11搅.3核辐算射式国传感际器11述.4红外虾传感贸器11斩.5核辐薪射与土红外镰传感渔器应冒用举天例√11测.2微波捞式传乎感器1.微波莫式传诸感器宫的优点(1)测量渣具有筝非接岭触性讲，可环进行仍活体毅检验醉，大鬼部分盾测量需不需抄要取杆样。(2)能够蛇适应衣恶劣蒸环境僚下的逼检测粘。如够高温黎、高从压、懂有毒肉、放共射性君环境智及恶逃劣天奖气等沈。11同.2微波酒式传醒感器2.微波狼式传王感器各的缺点(1)零点贵漂移低和标祸定问岩题尚净未获薯得较猫满意撒的解轨决。(2)受外靠界影贵响的仪因素魂比较混多，浓如温达度、压力任、取贞样位捕置等葬。此凭外，宫一般予价格痰昂贵。11响.2微波竞式传戚感器一些壮应用如图浅所示。11苹.2微波终式传谱感器一种惨用于功自动血门的偿微波智传感网器及涂微波廊感应苍控制娇器如图请所示。用途烫：适健用于雅宾馆墨、银龄行、至办公摇楼、涉工厂乱等出取入人脸员较严多场敬所的荣自动筋门。11赛.2微波漫式传桌感器11嫌.2饭.1微波诸的性鹅质与伪特点11瓣.2略.2微波惠振荡观器与浊微波掉天线11盼.2丝式.3微波给传感文器及帽其应数用11笑.2秒.1微波叮的性祸质与聚特点微波侄是波值长为1捷mm～1尼m的电磁案波，电邪磁波锋波段欠的划语分如草下表伴所示山。11叹.2件.1微波予的性汗质与放特点微波耻可细能分为僵三个肺波段喝：分桶米波棕、厘傻米波缺、毫纸米波(甚至辫还包流括亚访毫米安波)。既拒具有岗电磁珍波的杜性质冠，又革不同提于普咱通无甲线电缠波和摔光波菌的性肥质。娇微波随具有菊下列抵特点片：①讽定向隔辐射灭装置绑容易它制造滨；②赔遇到剩各种困障碍退物易助于反供射；符③绕会射能特力差嫌；④马传输蛾特性咽好，随传输辽过程淹中受肃烟雾灵、火毕焰、兴灰尘稠、强塞光的登影响与很小猾；⑤华介质滨对微诊波的奶吸收涉与介抬质的浩介电吃常数洞成比限例，减水对羽微波坑的吸连收作略用最访强。11过.2微波雀式传滤感器11籍.2渴.1微波饰的性龄质与手特点11映.2赞.2微波净振荡燃器与愚微波且天线11铃.2阳.3微波革传感瓦器及术其应亮用√11辰.2社.2微波鲜振荡旧器与欲微波怜天线微波努振荡料器是产联生微脱波的千装置掉。由取于微匆波波梨长很各短，雀频率这很高(30恶0滴MH券z～30警0林GH便z)，要裹求振颂荡回票路具毁有非棍常微侵小的必电感攻与电辈容。驰故不闯能用上普通沿电子伟管与容晶体抹管构锣成微块波振脑荡器犯。构修成微薯波振邮荡器泼的器密件有调整黎管，磁控夸管或某些逝固体定元件。由微竹波振移荡器价产生电的振映荡信劳号需敲要用波导美管(波长奥在10慕c懂m以上帝可用躁同轴盖线)传输餐，并毅通过微波庆天线发射择出去府。11贤.2株.2微波竿振荡斜器与养微波哈天线为了越使发烈射的早微波权具有廉尖锐衡的方截向性零，天判线应屋具有西特殊封的结符构。常缝用的蕉有喇温叭型脖天线厌、抛金物面果天线披、介今质天锹线与怒隙缝贱天线朋等。(a)扇形锤喇叭便天线客；(b)圆锥境形喇颂叭天智线；(c)旋转断抛物兰面天瓦线；(d)抛物私柱面适天线11序.2微波课式传祖感器11榆.2意.1微波循的性祝质与年特点11嗽.2题.2微波尾振荡目器与泊微波煎天线11虫.2之.3微波摊传感隐器及涂其应宇用√√1.微波赢传感疫器微波否传感伯器是奋利用荒微波混特性康来检付测某删些物振理量姨的器颂件或朝装置争，通常慎由微波呆振荡椒器、微波闯天线以及微波港检测盘器三部亏分组陕成。由发谷射天伪线发告出微斥波，假遇到胀被测抚物体佛时被穷吸收县或反肌射，腾使微抛波功落率发金生变笋化。旬利用小接收蛇天线笛，接阴收通呼过或蜜反射府回来纯的微妄波，政并将茶它转蛛换为淘电信见号，垄再经嚼过信轧号调和理电长路，乔即可粗显示士出被光测量发，实扮现微派波检假测。11繁.2哀.3微波由传感霸器及喂其应滩用11冠.2季.3微波星传感砖器及拦其应览用根据豆其工怀作原确理，另微波呀传感初器可住分为反射调式和遮断芦式两类匠。(1)反射步式微术波传娱感器它是通立过检珠测被蹈测物舒反射田回来杠的微形波功宿率或差经过俱的时侍间间辅隔来沈测量手被测刚量的荷。可弟测量戒物体裤的位保置、加位移愚、厚况度等双。(2)遮断傻式微威波传针感器它是喘通过琴检测梯接收侮天线隆接收否到的绍微波坊功率测大小炊来判壤断发门射天鸡线与冷接收诵天线不之间径有无牙被测何物体枕或被馋测物屑体的滋厚度允、含介水量移等参混数的江。11孩.2奋.3微波槐传感夏器及皱其应四用2.微波仅传感亦器的玩应用(1)微波床液位断计它由据相互动构成陵一定悬角度诊、相导距为s的发捕射天溉线与鱼接收劣天线粱构成棚。11瘦.2殿.3微波昼传感渴器及抹其应竹用微波饿传播鲜的距辈离为11路.2藏.3微波扭传感想器及旦其应拖用波长呀为l的微棉波从蚂被测症液面束反射锡后进端入接刘收天右线。接收涌天线衡接收闭到的睛功率怀将随皱被测踏液面挺的高应低不盲同而堆异。接央收天栗线接钱收到安的功舱率为式中艘，Pt为发病射天拦线发罢射的决功率萝；Gt为发户射天敞线的份增益轰；Gr为接什收天随线的蚀增益牙。11字.2主.3微波佛传感咽器及桨其应代用(2)微波干物位例计图示为微僚波开际关式挎物位能计示衔意图寺。当档被测马物位液较低景时，燥接收吩天线狼接收斩到的邮功率驶为11砌.2昼.3微波回传感绣器及遥其应话用当被怨测物盛位升害高到鞭天线杯所在朴高度找时，仪微波先束部谢分被匀吸收客，部锡分被耀反射饼，接毫收天护线接创收到摇的功雾率为式中傻，h是由同被测往物形笔状、古材料盆性质守、电歇磁性呼能等浓因素追决定暑的系肯数。11搏.2其.3微波陆传感蛮器及胆其应从用图示为一跌种新驳型的除导向票微波拥式物型位测农量仪愤。极渔短的阿微波团脉冲万沿着艇一根赌钢缆电、套苏管、鉴或钢铃棒发灰射出扣去，砖接触愤到介扶电常奴数不街同的晋介质果后被挤反射支回来德。通过女一种案特殊楚的扫芒描技枯术可高精璃度地塞测量蹄很短鸣的微泄波运烫行时贝间。通大过计赢算微误波的渴运行羞时间浅，可岸计算幕出到踏介质昼的距坡离。11征.2倦.3微波要传感烤器及薪其应策用(3)微波删测厚漫仪在被僚测金阻属上脂、下倒两面题各安耗装一狠个终瞧端器棵。微屑波传默输路斧线如图阔所示，被勉测金成属厚度增菜大时闷微波村电行房诚程长供度将房诚减小池。11盗.2辽.3微波息传感讽器及岭其应性用这个电行构程长初度变赔化是优十分屿微小沟的。为腾此，坚常采充用微波着自动权平衡简电桥。左疤边为施测量狗臂，珍右边秒为参诞考臂燥。参别考臂雾中微波泡传输瞎路线如图趟所示。11刮.2吴.3微波听传感雀器及弯其应扫用若测侧量臂鸡和参霸考臂哀电行鸣程完充全相鼠同，俩则反点相迭告加的恭微波贫经检励波器雾检波丑后，钱输出颈为零警，电牺桥平锣衡；辱若二顿者电失行程捎长度诱不同见，则渴有输怠出。11宽.2扔.3微波钓传感极器及促其应搅用此差祖值信吵号经醒放大扒后控涨制可趴逆电活机，功使补熊偿短完路器桥产生钥位移止，改刊变参盗考臂鲁的电盐行程斥，直稼到测冤量臂壮与参萌考臂抛电行如程完塑全相钞同为大止。11阴.2峡.3微波袜传感害器及衬其应怀用补偿波短路浑器位待移与凤被测馋金属轧厚度贷增量港之间补的关棒系式则为式中暑，LA、LB分别喘为测逃量臂国和参驾考臂待在电谊桥平仔衡时考的电愧行程肯长度森，且LA＝LB；DLA、DLB为电逃行程简长度膀的变疤化值厕；Dh为被亦测金桂属厚艇度变寇化值途，Ds为补偿贯短路显器的拜位移。11猴.2住.3微波案传感俩器及舒其应盛用(4)微波界湿度漠传感随器水分冠子是蛮极性更分子庭，常条态下垃成偶混极子找形式朽，分挂布杂酿乱无世章。届当微井波场锦中有由水分红子时遥，偶渣极子大受场龟的作毒用而滋反复醉取向攀，不断断从影电场挑中得妙到能拼量和释迅放能近量，前删者表框现为铸微波绝信号旬的相炒移，奖后者绪表现萍为微红波信沟号的册衰减赔。这邮个特券性可侨用复予数形抗式的个介电箱常数e来表插征，帖即式中，e'、e''分别夫为相毙移和惭衰减滔的度心量。11秩.2爱.3微波谜传感螺器及忆其应镇用e'与e''不仅乡丰与测焦试信册号频魂率有品关，岗还与挥材料柔有关娃，所雷有极性销分子敢均有乌此特超性。一霞般干晒燥物扮体，迫如木两材、勤皮革帐、谷边物、小纸张骑、塑辜料等景，其e'在1～5范围绩内，窄而水尺的e'则高椅达64。因乓此，毒如果裤材料目中含找有少诞量水你分子徒时，垫其复咽合e'将显醋著上宁升。e''也有狠类似服性质树。使霞用微瓜波传蔬感器渔，测流量干剂燥物柿体与长含一固定水煮分的么潮湿摩物体绑所引读起的祥微波馆信号螺的相垂移与军衰减享量，陶就可辽换算轨出物县体的猾含水翼量。11负.2舍.3微波双传感辰器及缩慧其应瘦用一种沈德国击生产禁的微恒波水粱分测航定仪如图腿所示。11概.2暑.3微波询传感右器及蠢其应苗用(5)微波缩慧传感支器控抄制的妥自动握灯电路核图如图帜所示。其柔核心洪器件氧是RD揪62陕7微波乌多普刮勒效仓应传叛感器他模块荐。11始.2遭.3微波价传感安器及哪其应叼用该模射块由荐振荡熊器、林发射粘器、认检测鸟器、明信号欧放大棵器、搜限幅箱、稳暂压、歉延时驱等电中路组秘成。11字.2抵.3微波很传感竭器及巴其应棋用振荡祸器产培生的拥微波畅信号能，经芒环形劫天线避发射典出去代，构应成一身个覆查盖范丽围大恩于10吩0鹿m2的微旬波监微控区搏域，生当有愚人在浪该区板域内泳走动侍时，耀反射掏回来菜的微零波信推号产解生频杀移，勾该信递号经迫检测钢器处果理后瞎，再跳经放诱大，亲输出添一种西和人乞体移拍动相苍应的舍超低氏频信半号。11饼.2夏.3微波赚传感摧器及给其应颈用SA云1接通愤后，IC旁1加电琴处于秆守候恋状态箩。当帽有人散来时拿，使IC醒2内部层开关苹闭合城，继齿电器J驱动SA维2闭合康导通肺，灯白泡ZD发光燃。人连走后娱灯泡盛熄灭星。11祝.2委.3微波戚传感户器及邀其应牙用(6)微波看测定筐移动灭物体躁的速哥度它是闭利用饼雷达集能动永地将毫微波见发射缎到对钢象物乒，并德接收豪反射赞波的能动决型传姓感器。若刺物体稻到发竟射天死线的抱距离酬为r、相昼对运偶动速罢度为u，则甜由于谢多普筋勒效朝应，壁反射似波的雅频率fr发生匙偏移衡，fr＝f0＋fD，fD是多缩慧普勒此频移脉，可荒表示欠为11赖.2微波件式传钳感器11竞.2脉.1微波巧的性律质与卡特点11汪.2化.2微波茎振荡揉器与缓微波现天线11咬.2宁.3微波扛传感游器及疫其应蜘用√√√第11章波式皱、射搏线式贫和红践外传军感器11沫.1超声班波式差传感野器11迅.2微波无式传弱感器11贩.3核辐浇射式愿传感致器11渡.4红外荒传感觉器11兰.5核辐级射与砍红外嗽传感害器应葱用举堆例√√11冲.3核辐斯射式校传感冷器核辐维射式(射线届式)传感气器是牛根据则被测浓物质轰对核述辐射更的吸疼收、吉反射梢、散覆射或辛核辐瘦射对假被测衣物质拒的电院离激俯发作碍用而顶进行碌工作泥的。11竞.3核辐询射式测传感臭器11扑.3嫂.1核辐蜘射式现传感更器的摸物理势基础11醋.3队.2核辐唐射传糖感器蜜的组接成11货.3真.1核辐牺射式咱传感另器的葛物理狂基础1.同位脾素凡原急子序毁数相陡同而蛮原子眯质量掏不同焦的元映素，查在元肆素周被期表脑中占泛同一亚位置写，称帽之为同位牵素。当敞没有浴外因蔑作用宪时，蠢有的咳同位笛素的顾原子渡核会悔自动贵发生证衰变驳并放忧出射蛾线，暗这种毅同位防素就徐称为放射耗性同狸位素。其股衰减它规律铅为式中系，a0、a分别醋为初泥始时迈与经示过时烫间t后的评原子厦核数宽；l为衰变灯常数。11算.3谷.1核辐逆射式林传感抄器的役物理和基础常用迈和l有关妥的另扫一个遍常数满即半衰甚期t来表开示衰衔变的牙快慢塑。半参衰期皇是指烫放射煎性同挎位素糖的原塘子核句数衰差变到听一半标时所叫需要被的时滨间，续可求同出t为t和l都是剧不受膏任何仅外界馒作用盐影响匠而且便和时塘间无贸关的宝恒量低。但勉是，牙不同羊放射柄性元过素的蓄半衰戏期是贤不同宾的。11筋.3艺.1核辐既射式哄传感钉器的借物理疗基础2.核辐缴射放射笼性同梦位素拜在衰夸变过炮程中扁放出睁一种心特殊柏的带雾有一脑定能沈量的晶粒子祸束或速射线烧，这继种现圆象称届为核辐亏射。其捞放出知的粒移子束怒或射含线有翁以下勉几种11碰.3捏.1核辐存射式匹传感览器的听物理具基础(1)a粒子质量筒为4.车00悼27伶75员u，带捷有2个正艺电荷嚷，亦历即氦尖原子蛙核。败放射脆出a粒子软后同印位素餐的原汽子序银数将车减少转两个使单位林而变组为另改一种泼元素修。a粒子狐具有40～10榜0睬Me谱V的能块量，悔在空恳气中颈射程概为几cm到十沿几cm，主趟要用范于气门体分吧析，减测量艳气体俩压力绕、流莫量等筋。11京.3产.1核辐饶射式原传感水器的出物理吼基础(2)b粒子它实际像上是振高速远运动块的电节子，质量汽为0.得00至05毅49糕u，带飞有一兔个单于位的腾负电浊荷，胡能量裁为10尿0贵ke屡V～几Me韵V，运汤动速务度比a粒子拥高很渠多，接近讲光速扶，在气房诚体中苏的射悦程可潮达20否m。b衰变病是原嫂子核事中的高一个每中子招转变贸成一贤个质凶子而恐放出澡一个鄙电子瘦的结姜果。深放射勇出b粒子浩后同足位素枝的原哭子序纷数将后增加拖一个脆单位时而变理为另也一种寄元素差。b粒子落用于赵测量蓬材料佩厚度删、密迁度等白。11肥.3内.1核辐劫射式泼传感兼器的学物理射基础(3)g射线它是背一种品电磁筛辐射惯。原左子核省从不软稳定旧的高漠激发民态在盐极短姜时间橡内(10－14s)将多候余能扮量以汽电磁济辐射(光子)形式逃放射铅出来价，跃教迁到抵稳定刃的基肚态或云较稳樱定的犯低能任态，炮并且勺不改充变其店组成扯的过烫程称好为g衰变(或称g跃迁)，射宽出的各射线霞称g射线或g光子。g射线缝的波赠长较畏短(约10－10～10－12m)，不范带电贤，能鸟穿透忧几十历厘米持厚的掘固体匙物质款，在哲气体留中射衬程达橡数百元米。肿根据g辐射沈穿透枝力强阅这一佣特性绣来制猎作探陆伤仪树、金摇属厚略度计色和物命位计迷等。11票.3如.1核辐挠射式俘传感灭器的蔽物理罪基础放射旧性的板强弱爽称为放射惰强度(或核辐笨射强雹度)，常村以单测位时菊间内唇发生阴衰变骡的次回数表饶示。愈放射妨强度席也是脱随时乱间按吵指数戴规律确而减疤少，休即放射槽强度萝的单勺位是居里(Ci)。1绝Ci等于刊放射红源每询秒钟芝发生3.齿7×泄1010次核危衰变富。在愿检测毁仪表斑中，Ci单位闲太大乓，通事常用榴它的强千分跃之一辆来表策示，森称为毫居哗里(mC弓i)。11网.3蓝.1核辐止射式巨传感苍器的拘物理购基础3.核辐筝射与银物质其间的严相互佳作用主要服是电刻离、增吸收艘和反吵射。(1)电离匹作用当具飘有一府定能灾量的踏带电哲粒子械穿透此物质愤时，宝通过筒和物蔑质相则互作天用不追断地灭损失幻玉能量压，带任电粒惯子的姥速度田越来盾越小晌，在巷它们界经过药的路葵程上悄形成腿许多她离子牲对，萄这即奶是电辽离作步用。这是仔带电顺粒子罚和物构质相发互作寺用的础主要吐形式。11拜.3阵.1核辐扮射式林传感衫器的黄物理鹊基础①a离子胀由于哲能量柳、质是量和皱电荷班量大南，故莲电离使作用崭最强胸，但飞射程逝较短弊。②b离子颤质量组小，踪蝶电离凡能力苍比同酬样能遭量的a粒子关要弱互。由嘉于b离子拣易于饥散射歇，所卧以其饱行程色是弯亩弯曲究曲的垂。③g粒子候几乎巾没有烛直接嫩电离梨作用捡。11魔.3潜.1核辐林射式恰传感赴器的寇物理歪基础(2)核辐堂射的艰吸收搅、散碍射和事反射a、b、g射线节穿透枣物质膜时，糖一部泳分能左量被干物质役吸收凑，一蔑部分消能量简被散讲射掉框。因搜此，闲粒子讽或射修线能衰量(即强口度)按下请述关缴系式湿衰减式中折，h为穿伪透物大质的暗厚度答；r为物咱质的催密度工；mm为物劲质的质量圾吸收缓系数。11书.3肚.1核辐饱射式尤传感干器的般物理烫基础三种扮射线侵中，g射线怠的穿冰透力翼最强，b射线扫次之壶，a射线词最弱。b射线庙的散量射作松用表碌现最葵为突患出。当b射线窗穿透哭物质欠时，副容易谋改变兔其运壮动方勿向而拘产生骄散射战。向相担反方鲜向散鞋射时冠即反夕射，匀有时激称为尤反散仰射。反射版大小卫取决相于散赢射物刚质的素性质敲和厚呈度。b射线纠的散缠射随瓜物质颈的原纷子序献数增领大而黑加大卵。当蛮原子遮序数嘴增大耳到极枯限时新，几蝇乎全裕部反捷射回灭来。领反射趋的大门小与改反射岩物质凝厚度耕有如朱下关碌系11丧.3县.1核辐恨射式骄传感丽器的阻物理旁基础式中抓，Jh为反为射物取质厚青为h时，念射线马被反搅射的守强度型；Jm为当h趋向适无穷狸大时不的反孤射强愁度，锯与原帐子序就数有旧关；mh为取茎决于竟辐射做能量陆的常脉数。11弓.3核辐庸射式瓣传感辟器11结.3家.1核辐皂射式涛传感录器的回物理值基础11妄.3潮.2核辐任射传会感器舅的组冤成√11柜.3朗.2核辐富射传膜感器注的组帅成核辐亦射传控感器速主要泳由辐射浸源和探测赵器组成痛。1.辐射圈源利用领核辐虾射传秧感器赤进行秀测量域时，亦需要赶有可娇放射万出a、b粒子染或g射线烧的辐夹射源没。选次择辐辛射源飘应尽茎量提丑高检蓄测灵虏敏度于和减浙小统匆计误氏差。徒为避鞠免经座常更爬换放袍射源星，要沟求半扎衰期捐较长夸。因蹄此，派尽管枪放射屑性同纺位素记种类秧很多灾，但削能用佛于测测量的饶只有20种左叹右。波最常中用的葡有60Co、13脉7Cs、24执1Am及90Sr等。11挨.3今.2核辐射捡传感拳器的翼组成放射扁源容器器的乞结构应能笼使射翠线从稳测量赞方向羞射出基，其页他方毒向尽漫可能云少，喜以减钥少对峰人体扫的危必害。b辐射涌源一免般为隔圆盘装状，g射线浅辐射且源一薄般为洲丝状惰、圆扇柱状钳或圆份片状鞭。图示译为b厚度轰计辐兔射源受容器，已辐射拍线出摘口处予装有芽耐辐矛射薄鹊膜，死以防悼灰尘玩侵入音，并动能防汽止辐已射源系受到寻意外太损伤觉而造餐成污饮染。11孕.3街.2核辐餐射传忙感器裂的组逐成2.核辐紧射探到测器核辐毅射探招测器它又称核辐记射接障收器。其母作用模是将义核辐婚射信宿号转栏换成葬电信予号，致探测掀出射辣线的押强弱漆和变灵化，粒从而德探测取出被持测参有数的薯大小滔及变灯化。村其工脉作原膏理或胁者是牵根据搂在核呼辐射把作用云下某蜘些物袍质的发光避效应，或绘者是震根据均当核携辐射虾穿过岩它们拉时发妹生的气体熄电离抬效应。11卧.3仓.2核辐授射传数感器版的组躬成常用视的核静辐射概探测歉器有与：电离寒室、盖革—弥勒掏计数倦管、闪烁卷计数朗器和半导吵体探拾测器等。(1)电离烦室电离需室是佣利用盏射线限对气园体的旦电离坟作用她而设们计的忙一种幻玉辐射蚁探测讲器，记它的月主要趁组成洞部分捆是两锐个电鸣极和妈充满邪在两代个电秃极间锅的气矮体。派气体病可以坏是空造气或精某些辞惰性芝气体盆。电圆离室抹的形香状有产圆柱里体和酷方盒汇状。11充.3绝.2核辐紫射传蒜感器故的组逗成如图印所示，在抱电离作室两田侧放覆置相拴互绝墙缘的叔板电突极，雪加上集适当蜘电压胖。放合射线姨进入津电极走间的俯气体盏中，缓电离矩室中茶的气份体介疼质被麻电离适，离租子在沸电场救作用甘下移山动形龙成电歼流。11仙.3蹦.2核辐果射传衡感器辟的组穴成电流I与电懒压U的关吃系曲摄线如图蒸所示(曲线1、2、3分别针代表蜻不同酬的辐萍射强程度下裁的特鄙性曲解线)。一般袜电离丘室工柄作在到特性薄曲线扰的饱犹和段，其交输出素电流辰正比闪于入妄射到但电离透室中鸟的核仓辐射钉强度筛。11外.3服.2核辐辈射传额感器义的组答成在核土辐射酬检测脾仪表梁中，敏有时兰用一而个电怒离室肉，有泄时用攀两个翼。用惩两个哗电离辩室时务设计且成差分碰电离罪室，以楚减少逮测量盏误差海，如图耗所示。11旱.3林.2核辐摔射传昌感器书的组很成电离他室主唱要用皮来探眉测a、b粒子危。在享同样肢条件盘下，翻进入支电离番室的a粒子云比b粒子秃所产干生的糕电流甜大10尝0多倍跟。利社用电聋离室债测量a、b粒子悬时，肉效率动可接也近10熄0因%，测构量g射线苹时，巧则效吧率很件低。烛这是芦因为g射线筑没有天直接扔电离娱的本顽领，改它是易靠从昨电离月室的求壁上远打出御二次钻电子由，二葛次电等子起漫电离脊作用慈。一偷般g电离插室的帜效率间只有1视%～2宽%。11愈.3男.2核辐斥射传析感器图的组链成(2)盖革—弥勒秧计数愚管(气体倘放电恭记数币管)盖革—弥勒接计数欣管也引是根贵据射置线对状气体吸的电狸离作宫用而土设计愈的辐俱射探喷测器乘。它衔与电进离室钟不同料的地轰方主渠要在忠于工拒作在窑气体粘放电周区域怎，具搅有放季大作帅用。洪因此则，它滥常用解于探差测b粒子闹和g射线丽。11办.3觉.2核辐杏射传愿感器典的组蛇成(3)闪烁春计数煎器物质遗受放泪射线跟的作灶用而碎被激际发，页在由置激发元态跃泽迁到堆基态格的过借程中善，发笑射出克脉冲蚊光的设现象校称为闪烁骨现象。能鼓产生愚这种般发光紧现象伯的物搏质称铲为闪烁菊体。闪洽烁计远数器俱先将汤辐射石能变虽为光钟能，烂然后云再将昂光能锯变为证电能状而进雀行探抚测，鞠它由得闪烁铸体和晴光电净倍增想管两妥部分妨组成巾，如图锄所示。11睁.3前.2核辐抵射传辈感器幕的组列成例如葬铊激流活的邮碘化堂钠用售来探厉测g射线域的效墓率高菠达20％～30％。11朋.3个.2核辐院射传掏感器场的组喂成(4)半导置体探采测器半导歉体探升测器光是近阴年来撑迅速砌发展幸起来住的一风种射峰线探夺测器浑。入时射到收半导敬体中丸的a、b粒子忍能够讽激发述电子—空穴晒对。g射线顾由于暗光电济效应夫、康倡普顿延散射姑、电子趟对效陈应等而矩产生轨二次捡电子燃，也客能激吃发电里子—空穴醉对。齐若取住出这域些生线成的类电荷安，可牧以将搜放射锋线变歼为电伙信号描。11图.3核辐宴射式逃传感撑器11粒.3盘.1核辐鸭射式突传感印器的铺物理替基础11静.3井.2核辐示射传参感器跃的组滋成√√第11章波式衔、射虫线式劲和红她外传屋感器11朱.1超声富波式测传感悔器11求.2微波财式传偷感器11辽.3核辐振射式荣传感次器11描.4红外虏传感姿器11讯.5核辐出射与杀红外怀传感乏器应吗用举枕例√√√11狸.4红外避传感忙器红外肾技术输是在钉最近敬几十瓜年发茎展起想来的角一门插新兴喘技术善。它猛已在眉科技只、国改防和床工农富业生穗产等宅领域蜓获得梳了广旬泛的畅应用年。按耻其应饶用可起分为孕以下绸几方轧面①红柜外辐值射计雪，用泛于辐羊射和御光谱所辐射盆测量法；②搜豪索和木跟踪树系统广，用采于搜切索和触跟踪直红外这目标循，确石定其昂空间编位置贴并对胞它的鬼运动疼进行迅跟踪闲；11士.4红外超传感她器③热金成像齿系统亚，可神产生狭整个虑目标批红外视辐射另的分愿布图汁像，歇如红讲外图胜像仪较、多壳光谱旋扫描贞仪等汤；④红栗外测俯距和颂通信腰系统由；⑤混纽奉合系茎统，贯是指院以上常各类节系统副中的企两个赌或多走个的勤组合稀。11午.4红外女传感啦器11拼.4琴.1红外肠辐射第的基禽本知恢识11梯.4叮.2红外晕辐射预的基书本定谊律11幕.4源.3红外两探测屡器11撕.4锤.1红外充辐射跟的基掘本知呜识红外陡辐射改又称本为红事外线心，波龙长范督围大势致在0.乏76～10涉00mm。工不程上钟又分湖为四驰个波皇段。11达.4冈.1红外滴辐射卫的基错本知洲识红外占辐射省的物吓理本木质是嘴热辐范射，艘一个强炽热震物体螺向外杆辐射泪的能热量大葱部分棉是通您过红惰外线绘辐射做出来咱的。愉物体员的温扫度越瞧高，逮辐射极出来病的红港外线零越多辰，辐郊射的豪能量电就越胡强。红外她线的抵本质柱与可闯见光并或电暮磁波喘一样挽，具恋有反跌射、床折射叨、散见射、她干涉莫、吸呆收等仇特性骡，它计在真张空中贡也以茎光速物传播融，并算具有恰明显绣的波央粒二茎象性藏。11淹.4经.1红外理辐射听的基吩本知酿识红外悦辐射递和所乱有电聋磁波育一样存，是犬以波怎的形叼式在绘空间钓直线霜传播紧的。仁大气攀层对育不同鲁波长俗的红猛外线边存在握不同楚的吸司收带庆，红栽外线献气体展分析色仪就古是利幼用该拳特性协工作陆的。润空气王中对党称的蹲双原抗子气雾体如N2、O2、H2等不最吸收杰红外钩线。红外垦线在块通过科大气槐层时旧，有畜三个库波段婆透过聪率高讨，它为们分遗别是2～2.睬6mm、3～5mm和8～14mm，统图称为“大窄气窗亡口”。11眼.4珍.1红外馆辐射苍的基乞本知惕识如图晒所示，为窑通过1海里溉长度摊的大拣气透钢过率虑曲线挥。这陶三个阵波段商对红瞧外探信测技钟术特晚别重悦要，输红外存探测宵器一含般都隐工作津在这挨三个围波段拔之内伞。11吗.4辰.1红外缘瑞辐射框的基耳本知坝识能全页部吸窝收投甜射到致它表变面的碎红外座辐射锁的物侧体称晋为黑体；能冷全部连反射铸的物摧体称敏为镜体；能当全部创透过旷的物佛体称抢为透明耀体；能吧部分能反射期、部听分吸倒收的着物体件称为灰体。严喊格地山讲，乒在自王然界膨中，腊不存古在黑幼体、源镜体禁与透酷明体捞。11视.4红外军传感姑器11僻.4习.1红外顶辐射连的基脑本知创识11您.4络.2红外支辐射缴的基远本定利律11所.4明.3红外馒探测宜器√11裹.4机.2红外阿辐射凶的基呜本定酱律1.基尔雾霍夫凡定律基尔慎霍夫巩定律梅指出织，一克个物破体向捧周围储辐射竟热能李的同著时也茫吸收划周围宋物体着的辐踏射能帮。若瞎几个拒物体编处于妄同一剧温度疼场中悄，各似物体妄的热发手射本坐领正月比于扩它的貌吸收捧本领，这潮就是耀基尔刷霍夫残定律班，可绸表示道为式中，Er为物管体在卫单位编面积封和单呜位时肆间内煮发射爆出的场辐射闹能；a为物命体的欣吸收冠系数泥；E0为常绞数，愈其值举等于锯黑体攻在相肿同条保件下商发射项出的乳辐射戚能。11中.4钢.2红外宣辐射薯的基测本定被律2.斯忒安藩—玻尔诉兹曼闭定律物体示温度碗越高采，发蹈射的新红外轿辐射默能越始多，森在单捎位时材间内许单位书面积各辐射仅的总熔能量E为式中，T为物执体的堆绝对锹温度惨，单位岁为K；s为斯菜忒藩—玻尔名兹曼姥常数；e为比辫辐射介率，谋即物雄体表虑面辐枪射本驼领与伶黑体份辐射堪本领棍的比缓值，遵黑体哈的e＝1。11直.4胀.2红外搁辐射仓的基义本定佳律3.维恩枯位移抹定律热辐历射发新射的观电磁同波中伟包含滴各种织波长控。实剥验证槽明物脑体峰值框辐射臂波长lm与物燃体自死身的袭绝对明温度T成反拆比。鸣即11绿.4效.2红外诵辐射雨的基多本定堪律图示为不毅同温书度的论光谱绵辐射暂分布茎曲线羡，虚于线表医示峰兰值波薄长与启温度聪的关棉系。扒当温荡度不翼很高备时，外峰值虎辐射并波长膝在红售外区李域。如人宫体温舅度为36～37腐℃，辐猴射的微红外塞线波梯长为9～10mm。11军.4红外字传感哨器11瞧.4党.1红外压辐射尿的基网本知何识11即.4雄.2红外田辐射逗的基尖本定靠律11赌.4绣.3红外误探测寺器√√11京.4旁.3红外慈探测驼器红外铸探测惭器是滤红外芦检测绒系统战中