第13章 射线及微波检测传感器.ppt

1、第13章 射线及微波检测传感器,N,U,a,b,I1I2,I1,I2,气体放电计数管特性曲线,（管内充氩气或氮气）,辐射强度相同，不同的闪烁体脉冲频率不同；同一种闪烁体受到辐射强度不同，脉冲频率也不相同。,1镀层；2放射源；3、4电离室；5挡板 6电机；7辊子；8辅助放射源；9钢带,1压电片； 2保护膜； 3吸收块； 4盖； 5绝缘柱； 6接触座； 7导线螺杆； 8接线片； 9压电片座； 10外壳,6,3超声波测厚度 超声波脉冲回波法检测厚度的原理如图所示。超声波探头与被测物体表面接触，主控制器发射电路使探头发出的超声波到达被测物体底面反射回来，该脉冲信号又被探头接收，经放大器放大后加到示波器

2、垂直偏转板上。标记发生器输出时间标记脉冲信号，同时加到该垂直偏转板上，而扫描电压则加在水平偏转板上。因此，在示波器上可直接读出发射与接收超声波之间的时间间隔t。被测物体的厚度h为,流量测量方法 (1)时差法 A为发射探头，B为接收探头,超声波传播速度为 则顺流传播时间为 B为发射探头，A为接收探头,超声波传播速度为 则逆流传播时间为 时差 由于 则 流体平均流速 该测量方法精度取决于 的测量精度，同时应注意C不是常数，而是温度的函数。,(2)相位差法 A为发射探头，B为接收探头,接收信号相对发射信号的相位角 （当 很小时）为 B为发射探头，A为接收探头,接收信号相对发射信号的相位角 为 式中

3、为超声波的角频率。 相位差为 流体平均流速 该方法以测相位代替测量时间，可进一步提高测量精度。,相位差法计算式推导 A为发射探头，B为接收探头,接收信号相对发射信号的相位角 超声波周期 超声波波长 超声波传播速度 A到B超声波传输时间 B为发射探头，A为接收探头,接收信号相对发射信号的相位角 B到A超声波传输时间,超声波初始速度 超声波在液体中的速度 相位差为 流体平均流速,发射,接收,根据流体的流速，计算流量 该方法以测相位代替测量时间，可进一步提高测量精度。 注意超声波的频率： 一般产生波的速度为 假设超声波的频率为40KHz， 则 如果管径大于8.5mm，则会有两个波形，也就是说 ，无法

4、正确测量。解决办法是降低超声波的频率。,(3)频率差法 A为发射探头，B为接收探头,A发射出第一个 超声脉冲经过管壁、流体、管壁，被B接收，此 信号经过处理再次触发A的驱动电路，使A发射第 二个脉冲，在一个固定时间内发射n1脉冲， 每个脉冲的周期为 超声波的重复频率f1为 在另一个相同时间间隔内B发A收，B发射n2脉 冲，每个脉冲的周期为 超声波的重复频率f2为,频率差 流体平均流速为 当管道结构尺寸和探头安装位置一定时，上 式 为常数， 直接与 有关，而与C值无关。 该方法能获得更高的测量精度。 注意：超声波的频率足够高。 (4) 多普勒法、波束偏移法、空间滤波法及噪声 法等。,6.其它应用

5、 声纳、探鱼器、礁石探测等 声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）广泛应用于信号处理、雷达、通讯、电子对抗、广播电视、医学、自动识别等领域。 7.超声波传感器使用中应注意几个问题 散射 扩散 吸收 功率（衰减） 干扰处理,13.3红外辐射传感器 红外辐射基本知识 红外辐射： 红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。但它与其它任何光线一样，也是客观存在的物质。任何物体，只要它的温度高于绝对零度，就会有红外线向周围空间辐射。 红外线是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在 到 的频谱范围内。相对应的频率大致在31011 41014 Hz之间，红外

6、线与可见光、紫外线、x射线、 射线和微波、无线电波一起构成了整个无限连续电子波谱。,在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区，如图所示。所谓的远近，是与可见光的距离而言。,波长/cm,波长/m,波长/um,宇宙射线,r射线,x射线,紫外线,可见光,红外线,微波,无线电波,中红外,近红外,极远红外,远红外,0,9,3,6,12,21,18,15,10-1,10-3,10-5,10-7,10-9,1,10-1,10,102,103,104,波长/um,红外辐射术语： 辐射能W ： 辐射源以电磁波形式所辐射的能量 辐射功率P ： 辐射能传输的速率 辐射强度J ： 点源在单位立体角内的辐射功率 辐出度M

7、 ： 辐射源单位面积所发出的辐射功率 辐照渡E ： 入射到接收体表面单位面积上的辐射 功率 比辐射率 ： 同一温度下，物体的辐出度与黑体的 辐出度之比 辐射吸收度 ：物体吸收的辐射功率与入射功率之比,辐射源： 当物体温度高于绝对零度时，就有红外线向周围空间辐射出来，有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源。 根据辐射源的几何尺寸的大小，距离探测器或被辐射物体的远近，又分为点和面源。同一个辐射源，在不同的情况下，即可以是点源，又可以是面源。,13.3.1 红外辐射的基本定律 1基尔霍夫定律 一个物体向周围物体发射合吸收辐射能是同时发生的。如果几个物体处于同一温度下，各物体的发射本领正比于它的吸收本领

8、。 2. 普朗克定律 描述绝对黑体幅出度光谱密度分布 3. 维恩位移定律 物体辐射峰值波长与物体的绝对温度成反比,2光子探测器 光子红外探测器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，产生光子效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。常用的光子效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效应、光电导效应。 光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但一般须在低温下工作，探测波段较窄。 ,热探测器与光子探测器比较： (1)热探测器对各种波长都能响应，光子探测器只对一段波长区间有响应； (2)热探测器不需要冷却，

9、光子探测器多数需要冷却； (3)热探测器响应时间比光子探测器长； (4)热探测器性能与器件尺寸、形状、工艺等有关，光子探测器容易实现规格化。,工作原理： 被测物体的辐射经物镜聚焦于视场光栏，由场镜形成平行光照射到分光镜上，分光镜使长波（红外）部分透过，短波（可见光）部分反射。长波和短波分别被带有虑光片的硅电池接收，变成电信号送入显示仪表。图中由反射镜、倒像镜、回零信号接收元件、目镜等构成瞄准系统，用来使被测物体的辐射进入双通道光电比色温度计。,2.红外气体分析 红外分析仪是根据物质的吸收特性来进行工作的。许多化合物的分子在红外波段都有吸收带，而且因为物质的分子不同，吸收带所在的波长和吸收的强弱

10、也不相同。根据吸收带分布的情况与吸收的强弱，可识别物质分子的类型，从而得出物质的组成及百分比。 只要在红外波段范围内存在吸收带的任何气体，都可用红外辐射进行分析。 该法的特点是：灵敏度高、反应速度快、精度高、可连续分析和长期观察气体浓度的瞬时变化。,3.红外遥测 运用红外光电探测器和光学机械扫描成像技术构成的现代遥测装置，可代替空中照相技术，从空中获取地球环境的各种图像资料。 在气象卫星上采用的“双通道扫描仪”装有可见光探测器和红外探测器。红外探测还可用于森林资源、矿产资源、水文地质、地图绘制等勘测工作。,4.红外无损检测 红外无损检测是上个世纪60年代发展起来的。它是通过测量热流或热量来鉴定

11、金属或非金属材料的质量、探测内部缺陷的。对于某些采用射线、超声波无法探测的局部缺陷，用红外无损检测可取得较好的结果。 红外无损检测分为主动式和被动式两类。主动式是人为地在被测物体上注入（或移出）固定热量，探测物体表面热量或热流变化规律，并以此判断物体的质量。被动式则是利用物体自身的热辐射作为辐射源，探测器辐射的强弱或分布情况，判断物体内部有无缺陷。,5.红外探测技术在军事上的应用 红外技术首先是在军事应用中发展起来的，至今在军事应用中仍占重要地位。 在军事方面应用主要有：红外侦察、红外雷达、红外制导、红外通信、红外夜视、红外对抗等。 红外技术的特点： （1）红外辐射看不见，可以避开敌方目视观察； （2）白天黑夜均可使用，特别适合夜战场合； （3）采用被动接收系统，安全、隐蔽、保密；,（4）利用目标和背景差异，能较好地识别各种军事目标； （5）分辨率比微波好，比可见光更适应天气条件。 红外探测器的缺点是工作时受云雾的影响很大，某些红外设备在气象条件恶劣是几乎不能正常工作。,红外探测器