传感器技术 课件 第11章 辐射式传感器

第11章

核辐射传感器11.1红外传感器红外辐射的物理本质是热辐射，人、动物、植物、火、水都有热辐射，只是波长不同；温度越高辐射红外线越多，辐射能越强。红外辐射俗称红外线，是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线，波长约0.75～1000μm。11.1.1红外传感器-工作原理红外传感器通常由多个主要组件组成：红外光源、光学透镜或窗口、光电元件、信号处理电路等，如图所示:其中光电元件的红外传检测器是核心部分，通过热释电效应实现“光—热—电”的转换，也是红外传感器工作的核心原理所在。红外线热、光电能11.1.2红外传感器-应用红外传感器按应用可分为：热成像遥感技术；红外搜索(跟踪目标、确定位置)、通讯；红外辐射测量；红外测距、测温等。自动门当没有物体靠近传感器时，发射器发射的红外光束会遇到接收器，产生一个基准信号；当有物体靠近传感器时，物体会反射红外光束，这个反射的光束被接收器检测到，导致接收器产生一个信号变化。11.1.2红外传感器-应用红外测温物体在高于绝对零度时会发射红外辐射，红外测温仪中的红外检测器检测到这些辐射并将其转换为电信号。电信号随后被放大和数字化，经过微处理器根据物体的发射率和环境因素调整后计算出准确的温度值。最终，处理过的温度数据显示在测温仪的屏幕上，使用户能非接触地迅速读取物体表面的温度。11.2核辐射传感器——核辐射的特性放射性物质中的不稳定原子核自发性地经历核变化的过程叫作衰变，这个过程通常伴随着粒子或辐射的释放，这些释放出来的粒子流称之为核辐射。测量技术常用的三种核辐射源：α射线、β射线和γ射线。α射线，带正电的高速粒子流；β射线，带正电的高速粒子流；γ射线，一种光子流，不带电，以光速运动。核辐射检测器是核辐射传感器的重要组成部分。其工作原理是不同类型的核辐射与检测器中的物质相互作用，产生特定的电信号，这些电信号可以被用来测量和分析以确定辐射的性质、能量和强度。常见的核辐射检测器包括：Geiger-Müller计数器、闪烁计数器、半导体检测器、同位素检测器等。11.2核辐射传感器——Geiger-Müller计数器Geiger-Müller（盖革-米勒）计数器是一种广泛用于检测核辐射的检测器，如图所示，它包括一个封闭的管状检测器（金属管），内部充满气体（通常是氩气和氮气的混合物），在管状检测器的一侧是辐射粒子进入窗口，另一侧是金属丝。正常情况下，金属丝正极与金属壁负极之间有略低于惰性气体的击穿电压，因此管内气体不放电。当核辐射粒子以高速状态进入管中，它们与气体相互作用，引发气体电离，产生电子-离子对。这些电子-离子对受到电场的影响，产生电流，形成电脉冲，每个脉冲代表一次核辐射事件，可以被计数器记录，从而确定辐射水平。11.2核辐射传感器——闪烁计数器闪烁计数器如图所示，由光电检测器、电子系统和数据采集系统几个主要部分组成。数据采集系统中的闪烁材料是其中的核心部分，它与入射核辐射相互作用并发出可见光或紫外光闪烁，光电检测器将光信号转化为电流或电压信号；电子系统对信号进行放大、滤波和数字化；光电检测器外壳用于防止外部辐射干扰；数据采集系统用于记录和分析闪烁信号，提供有关核辐射性质、能量和强度的信息。11.2核辐射传感器——应用核辐射厚度计

11.2核辐射传感器——应用如下图所示，是透射法厚度计，这种厚度计将被测材料位于放射源和传感器之间。不同的放射源和不同的材料对应的辐射强度和吸收系数不同，放射源常用的β射线或γ射线从源穿过被测材料后被传感器吸收。传感器测量透射辐射的强度，产生对应材料厚度的输出电流，电流信号经放大后可以计算出材料的厚度并显示在仪表上。透射法厚度计通常用于金属、纸张、塑料和其他材料的厚度测量。11.2核辐射传感器——应用辐射式物位计辐射式物位计是一种用于测量容器中液体液位、粉末或颗粒物料料位的设备。它利用辐射源和检测器