傳感器第11章

1、普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材傳傳 感感 器器（第第5版）版） 第一節(jié)第一節(jié) 超聲波傳感器超聲波傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 射線式傳感器射線式傳感器第十章第十章 波式和射線式傳感器波式和射線式傳感器普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材返回主目錄返回主目錄一、超聲波及其物理性質(zhì)一、超聲波及其物理性質(zhì)1.概述概述波動(dòng)（簡(jiǎn)稱波）：振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播波動(dòng)（簡(jiǎn)稱波）：振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在聲波：其頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波之間，能為人耳所聞的機(jī)械波次聲波：低于

2、次聲波：低于16 Hz的機(jī)械波的機(jī)械波超聲波：高于超聲波：高于2104 Hz的機(jī)械波的機(jī)械波微波：頻率在微波：頻率在310831011 Hz之間的波之間的波如圖如圖11-1所示。所示。第十章第十章 波式和射線式傳感器波式和射線式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器圖圖11-1 聲波的頻率界限聲波的頻率界限 當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同，在介質(zhì)界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。傳播速度不同，在介質(zhì)界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。 第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器2. 超聲波

3、的波型及其轉(zhuǎn)換超聲波的波型及其轉(zhuǎn)換 聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，聲波的波聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，聲波的波型也不同。通常有：型也不同。通常有： 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播；液體和氣體介質(zhì)中傳播； 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)中傳播；中傳播； 表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，其振幅隨深度增加而迅速

4、衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑?。其振幅隨深度增加而迅速衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑ァ?第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器聲速隨溫度的增加而減小。此外，水質(zhì)、壓強(qiáng)也會(huì)引起聲速的變化。聲速隨溫度的增加而減小。此外，水質(zhì)、壓強(qiáng)也會(huì)引起聲速的變化。 在固體中，縱波、橫波及其表面波三者的聲速有一定的關(guān)系，在固體中，縱波、橫波及其表面波三者的聲速有一定的關(guān)系， 通常通常可認(rèn)為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的可認(rèn)為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的90%。氣體中。氣體中縱波聲速為縱波聲速為344 m/s，液體中縱波聲速在，液體中縱波聲速在9001900m/s。 第一節(jié)超

5、聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器圖圖11-2 超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射3. 超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射 由物理學(xué)知，當(dāng)波在界面上產(chǎn)由物理學(xué)知，當(dāng)波在界面上產(chǎn)生反射時(shí)，入射角生反射時(shí)，入射角的正弦與反射角的正弦與反射角的正弦之比等于波速之比。的正弦之比等于波速之比。 當(dāng)波當(dāng)波在界面處產(chǎn)生折射時(shí)，入射角在界面處產(chǎn)生折射時(shí)，入射角的正的正弦與折射角弦與折射角的正弦之比，等于入射的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速波在第一介質(zhì)中的波速c1與折射波在與折射波在第二介質(zhì)中的波速第二介質(zhì)中的波速c2之比，即之比，即 21sinsincc第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器4.

6、超聲波的衰減超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為式中式中 px、Ix 平面波在平面波在x處的聲壓和聲強(qiáng)；處的聲壓和聲強(qiáng)； p0、I0 平面波在平面波在x=0處的聲壓和聲強(qiáng)；處的聲壓和聲強(qiáng)； 衰減系數(shù)。衰減系數(shù)。 xxxxeIIepp200第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器二、超聲波傳感器概述二、超聲波傳感器概述超聲探頭分類：超聲探頭分類：（1）按發(fā)聲原理分類。分

7、為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓）按發(fā)聲原理分類。分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。電式最為常用。（2）按波型分類。按照在被探工件中產(chǎn)生的波型不同可分為縱波探頭、）按波型分類。按照在被探工件中產(chǎn)生的波型不同可分為縱波探頭、橫波探頭、板波（蘭姆波）探頭和表面波探頭。橫波探頭、板波（蘭姆波）探頭和表面波探頭。（3）按入射波束方向分類。可分為直探頭和斜探頭。前者入射波束與被）按入射波束方向分類?？煞譃橹碧筋^和斜探頭。前者入射波束與被探工件表面垂直，后者入射波束與被探工件表面成一定的角度。探工件表面垂直，后者入射波束與被探工件表面成一定的角度。第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超

8、聲波式傳感器（4）按耦合方式分類。按照探頭與被探工件表面的耦合方式可分為直接）按耦合方式分類。按照探頭與被探工件表面的耦合方式可分為直接接觸式探頭和液浸式探頭。前者通過(guò)薄層耦合劑與工件表面直接接觸，后者接觸式探頭和液浸式探頭。前者通過(guò)薄層耦合劑與工件表面直接接觸，后者與工件表面之間有一定厚度的液層。與工件表面之間有一定厚度的液層。（5）按聲束形狀分類。按照超聲波聲束的集聚與否可分為聚焦探頭和非）按聲束形狀分類。按照超聲波聲束的集聚與否可分為聚焦探頭和非聚焦探頭。聚焦探頭。（6）按頻譜分類。按照超聲波頻譜可分為寬頻帶探頭和窄頻帶探頭。）按頻譜分類。按照超聲波頻譜可分為寬頻帶探頭和窄頻帶探頭。（7

9、）特殊探頭。除一般探頭外，還有一些在特殊條件下和用于特殊目的）特殊探頭。除一般探頭外，還有一些在特殊條件下和用于特殊目的的探頭。如機(jī)械掃描切換探頭、電子掃描陣列探頭、高溫探頭、瓷瓶探傷專的探頭。如機(jī)械掃描切換探頭、電子掃描陣列探頭、高溫探頭、瓷瓶探傷專用扁平探頭（縱波）及用扁平探頭（縱波）及S型探頭（橫波）等。型探頭（橫波）等。第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理:超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波脈沖在介質(zhì)中傳到相超聲波發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波脈沖在介質(zhì)中傳到相介面經(jīng)過(guò)反射后，再返回到接收探頭介面經(jīng)過(guò)反射后，再返回到接收探頭。發(fā)射探頭利用逆壓電效應(yīng)。接收探。發(fā)射探頭利用逆

10、壓電效應(yīng)。接收探頭利用正壓電效應(yīng)。常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷。超聲波探頭的具頭利用正壓電效應(yīng)。常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷。超聲波探頭的具體結(jié)構(gòu)如圖體結(jié)構(gòu)如圖11-3所示。所示。第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器圖圖11-3 超聲波探頭結(jié)構(gòu)超聲波探頭結(jié)構(gòu)a)發(fā)射探頭發(fā)射探頭 b)接收探頭接收探頭1導(dǎo)線導(dǎo)線 2壓電晶片壓電晶片 1導(dǎo)線導(dǎo)線 2彈簧彈簧3音膜音膜 4錐形罩錐形罩 3壓電晶片壓電晶片 4錐形罩錐形罩壓電式超聲波探頭多為圓板形，超聲波頻率壓電式超聲波探頭多為圓板形，超聲波頻率f與其厚度與其厚度成反比，成反比， 式中式中 E11晶片沿晶片沿x軸方向的彈性模量；軸方向的彈性模量

11、； 晶片的密度。晶片的密度。從上式可知，壓電晶片在基頻上作厚度振動(dòng)時(shí)，晶片厚度從上式可知，壓電晶片在基頻上作厚度振動(dòng)時(shí)，晶片厚度相當(dāng)于晶片振相當(dāng)于晶片振動(dòng)的半波長(zhǎng)，我們可依此規(guī)律選擇晶片厚度。動(dòng)的半波長(zhǎng)，我們可依此規(guī)律選擇晶片厚度。石英晶體的頻率常數(shù)是石英晶體的頻率常數(shù)是2.87MHzmm、鋯鈦酸鉛陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷(PZT)頻率常數(shù)是頻率常數(shù)是1.89MHzmm，表示石英片厚，表示石英片厚1mm時(shí)，其振動(dòng)頻率為時(shí)，其振動(dòng)頻率為2.87MHz，PZT片厚片厚1mm時(shí)，振動(dòng)頻率為時(shí)，振動(dòng)頻率為1.89MHz。第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器1121Ef 三、超聲波傳感器的應(yīng)用實(shí)例三、超聲

12、波傳感器的應(yīng)用實(shí)例利用超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位、流量、流速、濃度、厚度等測(cè)量，利用超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位、流量、流速、濃度、厚度等測(cè)量，還可以進(jìn)行材料的無(wú)損探傷、醫(yī)學(xué)檢測(cè)等。還可以進(jìn)行材料的無(wú)損探傷、醫(yī)學(xué)檢測(cè)等。第一節(jié)超聲波式傳感器第一節(jié)超聲波式傳感器圖圖11-4 脈沖回波法測(cè)厚方框圖脈沖回波法測(cè)厚方框圖圖圖11-4所示為脈沖回波法檢測(cè)厚所示為脈沖回波法檢測(cè)厚度的工作原理度的工作原理，工件厚度計(jì)算公式：，工件厚度計(jì)算公式：式中，式中，v超聲波在工件中的聲速超聲波在工件中的聲速； T脈沖波從發(fā)射到接收的脈沖波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔時(shí)間間隔。2vT一、微波的基礎(chǔ)知識(shí)一、微波的基礎(chǔ)知識(shí) 微波是

13、波長(zhǎng)為微波是波長(zhǎng)為1 mm1 m的電磁波，可以細(xì)分為三個(gè)波段：的電磁波，可以細(xì)分為三個(gè)波段： 分米波、厘分米波、厘米波、毫米波。微波既具有電磁波的性質(zhì)，又不同于普通無(wú)線電波和光波的米波、毫米波。微波既具有電磁波的性質(zhì)，又不同于普通無(wú)線電波和光波的性質(zhì)，是一種相對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波。微波具有下列特點(diǎn)：性質(zhì)，是一種相對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波。微波具有下列特點(diǎn)： 定向輻射的裝置容易制造；定向輻射的裝置容易制造； 遇到各種障礙物易于反射；遇到各種障礙物易于反射； 繞射能力差；繞射能力差； 傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、火焰、灰塵、強(qiáng)光的影響很小；傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、火焰、灰塵、強(qiáng)光的影響很小； 介質(zhì)

14、對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例， 水對(duì)微波的吸收作用水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。最強(qiáng)。 第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器第十章第十章 波式和射線式傳感器波式和射線式傳感器二、二、 微波傳感器概述微波傳感器概述 微波傳感器是利用微波特性來(lái)檢測(cè)某些物理量的器件或裝置。由微波傳感器是利用微波特性來(lái)檢測(cè)某些物理量的器件或裝置。由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使微波功發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過(guò)被測(cè)物體或由被測(cè)物體反率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過(guò)被測(cè)物體或由被

15、測(cè)物體反射回來(lái)的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，即可以射回來(lái)的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，即可以顯示出被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。顯示出被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。 根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感器可以分為器可以分為反射式反射式和和遮斷式遮斷式兩類。兩類。 第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器 1. 反射式微波傳感器反射式微波傳感器 反射式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的微波功率或經(jīng)過(guò)反射式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的微波功率或經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量被測(cè)量的。通常它可以測(cè)量物體的位置、位移、厚的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量被測(cè)量的。通常它可以

16、測(cè)量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。度等參數(shù)。 2. 遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器 遮斷式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來(lái)判遮斷式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物體或被測(cè)物體的厚度、斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物體或被測(cè)物體的厚度、 含水量含水量等參數(shù)的。等參數(shù)的。 第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器三、三、 微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用1.微波液位計(jì)微波液位計(jì)接收天線接收的功率接收天線接收的功率Pr可表示為可表示為 式中式中 d兩天線與被測(cè)液面間的垂直兩天線與被測(cè)液面間的垂直距離；距離； s兩天線間的水平距離；

17、兩天線間的水平距離；Pt、Gt發(fā)射天線發(fā)射的功率和增益；發(fā)射天線發(fā)射的功率和增益； Gr接收天線的增益。接收天線的增益。 圖圖11-5 微波液位計(jì)微波液位計(jì) 22244dsGGPPrttr當(dāng)發(fā)射功率、波長(zhǎng)、增益均恒定時(shí)，只要測(cè)得接收功率當(dāng)發(fā)射功率、波長(zhǎng)、增益均恒定時(shí)，只要測(cè)得接收功率Pr就可獲得被測(cè)液就可獲得被測(cè)液面的高度面的高度 d。第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器2.微波物位計(jì)微波物位計(jì)當(dāng)被測(cè)物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線當(dāng)被測(cè)物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為接收的功率為被測(cè)物位升高到天線所在高度時(shí)，接收被測(cè)物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率為天線接收的功率為 式中式

18、中 由被測(cè)物形狀、材料性質(zhì)、電磁性由被測(cè)物形狀、材料性質(zhì)、電磁性能及高度所決定的系數(shù)。能及高度所決定的系數(shù)。圖圖11-6 微波開(kāi)關(guān)式物位計(jì)示意圖微波開(kāi)關(guān)式物位計(jì)示意圖rttrGGPsP240PPr第二節(jié)第二節(jié) 微波式傳感器微波式傳感器射線式傳感器也稱核輻射檢測(cè)裝置，它是利用放射性同位素，根據(jù)被射線式傳感器也稱核輻射檢測(cè)裝置，它是利用放射性同位素，根據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)放射線的吸收、反散射或射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而進(jìn)行測(cè)物質(zhì)對(duì)放射線的吸收、反散射或射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而進(jìn)行工作的。工作的。 一、核輻射的物理基礎(chǔ)一、核輻射的物理基礎(chǔ) 1.放射性同位素放射性同位素根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得出放射性衰變規(guī)律根

19、據(jù)實(shí)驗(yàn)可得出放射性衰變規(guī)律式中式中 I0開(kāi)始時(shí)開(kāi)始時(shí)(t=0)的放射源強(qiáng)度；的放射源強(qiáng)度； It時(shí)的放射源強(qiáng)度；時(shí)的放射源強(qiáng)度； 放射性衰變常數(shù)。放射性衰變常數(shù)。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器)exp(0tII第十章第十章 波式和射線式傳感器波式和射線式傳感器元素衰變的速度取定于元素衰變的速度取定于的量值，的量值，愈大則衰變愈快。習(xí)慣上常用愈大則衰變愈快。習(xí)慣上常用和和有關(guān)的另一個(gè)常數(shù)即半衰期有關(guān)的另一個(gè)常數(shù)即半衰期來(lái)表示衰變的快慢。放射性元素從來(lái)表示衰變的快慢。放射性元素從N0個(gè)原子衰變到個(gè)原子衰變到N0/2個(gè)原子所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為半衰期?？梢郧蟪鰝€(gè)原子所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為半衰期?？梢郧?/p>

20、出和和一樣是不受任何外界作用影響而且和時(shí)間無(wú)關(guān)的恒量，不同一樣是不受任何外界作用影響而且和時(shí)間無(wú)關(guān)的恒量，不同放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期是不同的。是不同的。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器693. 02ln2.核輻射核輻射放射性同位素在衰變過(guò)程中放出一種特殊的帶有一定能量的粒子放射性同位素在衰變過(guò)程中放出一種特殊的帶有一定能量的粒子或射線，這種現(xiàn)象稱為放射性或核輻射。其放出的粒子或射線有以下或射線，這種現(xiàn)象稱為放射性或核輻射。其放出的粒子或射線有以下幾種：幾種：(1)粒子粒子 粒子主要用于氣體分析，測(cè)量氣體壓力、流量等。粒子主要用于氣體分析，測(cè)量氣體壓力、流量等。(2)粒子粒子

21、粒子用于測(cè)量材料厚度、密度等。粒子用于測(cè)量材料厚度、密度等。(3)射線射線 它是一種電磁輻射。它是一種電磁輻射。射線在物質(zhì)中的穿透能力很強(qiáng)，能射線在物質(zhì)中的穿透能力很強(qiáng)，能穿透幾十厘米厚的固體物質(zhì)，在氣體中射程達(dá)數(shù)百米。穿透幾十厘米厚的固體物質(zhì)，在氣體中射程達(dá)數(shù)百米。射線廣泛應(yīng)射線廣泛應(yīng)用于金屬探傷、測(cè)量大厚度等。用于金屬探傷、測(cè)量大厚度等。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器3.核輻射與物質(zhì)的相互作用核輻射與物質(zhì)的相互作用核輻射與物質(zhì)的相互作用主要是電離、吸收和反射。核輻射與物質(zhì)的相互作用主要是電離、吸收和反射。和和射線比射線比射線的穿透能力強(qiáng)。當(dāng)它們穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于物質(zhì)的射線的穿透能力強(qiáng)。

22、當(dāng)它們穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于物質(zhì)的吸收作用而損失一部分能量。輻射在穿過(guò)物質(zhì)層后，其能量強(qiáng)度按指吸收作用而損失一部分能量。輻射在穿過(guò)物質(zhì)層后，其能量強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，可表示為數(shù)規(guī)律衰減，可表示為 式中式中 I0入射到吸收體的輻射通量的強(qiáng)度；入射到吸收體的輻射通量的強(qiáng)度； I穿過(guò)厚度為穿過(guò)厚度為h(單位為單位為cm)的吸收層后的輻射通量強(qiáng)度；的吸收層后的輻射通量強(qiáng)度； 線性吸收系數(shù)。線性吸收系數(shù)。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器)exp(0hII實(shí)驗(yàn)證明，比值實(shí)驗(yàn)證明，比值/(是密度是密度)幾乎與吸收體的化學(xué)成份無(wú)關(guān)。這個(gè)幾乎與吸收體的化學(xué)成份無(wú)關(guān)。這個(gè)比值叫做質(zhì)量吸收系數(shù)，常用比值叫做質(zhì)量吸收系

23、數(shù)，常用 表示。此時(shí)式表示。此時(shí)式(11-9)可改寫成可改寫成設(shè)質(zhì)量厚度設(shè)質(zhì)量厚度 ，則吸收公式可寫成，則吸收公式可寫成這些公式是設(shè)計(jì)核輻射測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)。這些公式是設(shè)計(jì)核輻射測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)。射線在物質(zhì)中穿行時(shí)容易改變運(yùn)動(dòng)方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象，向相反射線在物質(zhì)中穿行時(shí)容易改變運(yùn)動(dòng)方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象，向相反方向的散射就是反射，有時(shí)稱為反散射。反散射的大小與方向的散射就是反射，有時(shí)稱為反散射。反散射的大小與粒子的能粒子的能量、物質(zhì)的原子序數(shù)及厚度有關(guān)。利用這一性質(zhì)可以測(cè)量材料的涂層量、物質(zhì)的原子序數(shù)及厚度有關(guān)。利用這一性質(zhì)可以測(cè)量材料的涂層厚度。厚度。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器)exp(0

24、hII)exp(0 xII二、射線式傳感器二、射線式傳感器射線式傳感器主要由放射源和探測(cè)器組成。射線式傳感器主要由放射源和探測(cè)器組成。1. 放射源放射源最常用的放射性同位素有最常用的放射性同位素有80Co、137Cs、241Am及及90Sr等。等。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器放射源一般為圓盤狀，放射源一般為圓盤狀，射射線輻射源一般為絲狀、圓柱狀或線輻射源一般為絲狀、圓柱狀或圓片狀。圖圓片狀。圖11-7所示為所示為厚度計(jì)放厚度計(jì)放射源容器，射線出口處裝有耐輻射源容器，射線出口處裝有耐輻射薄膜，以防灰塵侵入，并能防射薄膜，以防灰塵侵入，并能防止放射源受到意外損傷而造成污止放射源受到意外損傷

25、而造成污染。染。圖圖11-7 放射源容器圖放射源容器圖2.探測(cè)器探測(cè)器 探測(cè)器就是核輻射的接收器，常用的有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器和蓋探測(cè)器就是核輻射的接收器，常用的有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器和蓋革計(jì)數(shù)管。革計(jì)數(shù)管。(1)電離室電離室 電離室主要用于探測(cè)電離室主要用于探測(cè)、粒子，它具有成本低、壽命粒子，它具有成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但輸出電流較小，而且探測(cè)長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但輸出電流較小，而且探測(cè)、粒子和粒子和射線的電離室互射線的電離室互不通用。不通用。 第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器圖圖11-8 電離室工作原理電離室工作原理(2)閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 它由閃爍晶體（簡(jiǎn)稱閃爍體）和光電倍增管組成。當(dāng)核輻射進(jìn)入

26、閃爍它由閃爍晶體（簡(jiǎn)稱閃爍體）和光電倍增管組成。當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時(shí)，使閃爍晶體的原子受激發(fā)光，光透過(guò)閃爍晶體射到光電倍增管用晶體時(shí)，使閃爍晶體的原子受激發(fā)光，光透過(guò)閃爍晶體射到光電倍增管用的光陰極上打出光電子并在倍增管中倍增，在陽(yáng)極上形成電流脈沖，最后的光陰極上打出光電子并在倍增管中倍增，在陽(yáng)極上形成電流脈沖，最后被電子儀器記錄下來(lái)，這就是閃爍計(jì)數(shù)器記錄粒子的基本過(guò)程。被電子儀器記錄下來(lái)，這就是閃爍計(jì)數(shù)器記錄粒子的基本過(guò)程。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器圖圖11-9 閃爍計(jì)數(shù)器示意圖閃爍計(jì)數(shù)器示意圖(3)蓋革計(jì)數(shù)管蓋革計(jì)數(shù)管 它是一個(gè)密封玻璃管它是一個(gè)密封玻璃管1，中間一條鎢絲，中間

27、一條鎢絲2為工作陽(yáng)極，在玻璃管內(nèi)壁涂為工作陽(yáng)極，在玻璃管內(nèi)壁涂上一層導(dǎo)電物質(zhì)或另放一金屬圓筒上一層導(dǎo)電物質(zhì)或另放一金屬圓筒3作為陰極。管內(nèi)抽空后充氣，充入氣體作為陰極。管內(nèi)抽空后充氣，充入氣體由兩部分組成，主要是惰性氣體如氬、氖等，另一部分是加入有機(jī)物由兩部分組成，主要是惰性氣體如氬、氖等，另一部分是加入有機(jī)物(如乙如乙醚、乙醇等醚、乙醇等)。充進(jìn)有機(jī)物的叫有機(jī)物計(jì)數(shù)管；充入鹵素的叫鹵素計(jì)數(shù)管。充進(jìn)有機(jī)物的叫有機(jī)物計(jì)數(shù)管；充入鹵素的叫鹵素計(jì)數(shù)管。由于鹵素計(jì)數(shù)管壽命長(zhǎng)，工作電壓低，因而應(yīng)用較廣泛。由于鹵素計(jì)數(shù)管壽命長(zhǎng)，工作電壓低，因而應(yīng)用較廣泛。第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器圖圖11-10

28、 蓋革計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖蓋革計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖三、射線式傳感器的應(yīng)用三、射線式傳感器的應(yīng)用射線式傳感器可以檢測(cè)厚度、液位、物位、轉(zhuǎn)速、材料密度、重量、射線式傳感器可以檢測(cè)厚度、液位、物位、轉(zhuǎn)速、材料密度、重量、氣體壓力、流速、溫度及濕度等參數(shù)，也可用于金屬材料探傷。氣體壓力、流速、溫度及濕度等參數(shù)，也可用于金屬材料探傷。1.核輻射厚度計(jì)核輻射厚度計(jì)第三節(jié)射線式傳感器第三節(jié)射線式傳感器圖圖11-12 核輻射厚度計(jì)原理框圖核輻射厚度計(jì)原理框圖放射源在容器內(nèi)以一定的立體角放出射線，其強(qiáng)度在設(shè)計(jì)時(shí)已選定，放射源在容器內(nèi)以一定的立體角放出射線，其強(qiáng)度在設(shè)計(jì)時(shí)已選定，當(dāng)射線穿過(guò)被測(cè)體后，輻射強(qiáng)度被探測(cè)器接收。在當(dāng)射線穿過(guò)被測(cè)體后，輻射強(qiáng)度被探測(cè)器接收。在輻射厚度計(jì)中探測(cè)器常輻射厚度計(jì)中探測(cè)器常用電離室，根據(jù)電離室的工作原理，這時(shí)電離室就輸出一電流，其大小與用電離室，根據(jù)電離室的工作原理，這時(shí)電離室就輸出一電流，其大小與進(jìn)入電離室的輻射強(qiáng)度成正比。進(jìn)入電離室的輻射強(qiáng)度成正比。2.核輻射物位計(jì)核輻射物位計(jì)不同介質(zhì)對(duì)不同介質(zhì)對(duì)