[工學(xué)]第10章 新型傳感器ppt課件

1、傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器本章內(nèi)容本章內(nèi)容 10.1 10.1 光纖傳感器光纖傳感器 10.2 10.2 超聲波傳感器超聲波傳感器 10.3 10.3 紅外傳感器紅外傳感器 10.4 10.4 核輻射傳感器核輻射傳感器 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 了解光纖的構(gòu)造、光纖傳感器的調(diào)制原理和運用。 了解超聲波的根底知識、超聲傳感器的構(gòu)造和技術(shù)參數(shù)、掌握超聲傳感器的典型運用。 掌握紅外輻射的特點和紅外探測的機理、紅外傳感器的運用。 了解核輻射的根底知識、核輻射傳感器的原理及運用。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 10.1 光纖傳感器

2、10.1.1 光纖構(gòu)造 光纖，是一種多層介質(zhì)構(gòu)造的對稱圓柱體，是用比頭發(fā)絲還細(xì)的石英玻璃絲制成的，包括纖芯、包層和涂敷層，它的外形與構(gòu)造如圖10-l所示。 在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨著光纖的傳輸基于光的全內(nèi)反射。設(shè)有一段圓柱形的光纖，如圖10-2所示，它的兩個端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個端面并與圓柱的軸線成 i角時，在端面發(fā)生折射進入光纖后，又以i角入射至纖芯與包層的界面，光線有一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。但當(dāng)入射角i小于臨界入射角c時，光線就不會投射出界面，而全部被反射，光在纖芯和包層的界面上反復(fù)逐次全反射，呈鋸齒波外形在纖芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端射出，這就是

3、光纖的傳光原理。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-1 光纖傳感器的構(gòu)造 圖10-2 光纖的傳光原理1纖芯；2包層；3維護層傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.1.2 光纖傳感器的類型與原理光纖傳感器的類型與原理1類型類型1傳光型光纖傳感器傳光型光纖傳感器在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為傳播光在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為傳播光的介質(zhì)，對外界信息的的介質(zhì)，對外界信息的“覺得功能是依托覺得功能是依托其他物理性質(zhì)的功能元件來完成的。傳感器其他物理性質(zhì)的功能元件來完成的。傳感器中的光纖是不延續(xù)的，其間有中斷，中斷的中的光纖是不延續(xù)的，其間有中斷，中斷的部分要接上其他介質(zhì)的敏感元件來完成。

4、如部分要接上其他介質(zhì)的敏感元件來完成。如圖圖10-3所示。調(diào)制器能夠是光譜變化的敏感所示。調(diào)制器能夠是光譜變化的敏感元件或其他敏感元件。光纖在傳感器中僅起元件或其他敏感元件。光纖在傳感器中僅起傳光作用。傳光作用。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-3 傳光型光纖傳感器組成表示圖1被測對象；2光源；3光探測器；4光纖；5光敏感元件傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 2傳感型光纖傳感器 傳感型光纖傳感器利用對外界信息具有敏感才干和檢測功能的光纖或特殊光纖作為傳感元件，在這類傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，而且還利用光纖在外界要素彎曲、相變的作用下，其光學(xué)特性光強、相位、偏振態(tài)等的變化來實現(xiàn)

5、傳和感的功能。因此，傳感器中的光纖是延續(xù)的，如圖10-4所示。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-4 傳感型光纖傳感器組成表示圖1被測對象；2光源；3光探測器；4光纖；5光纖敏感元件傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 2光纖傳感器的調(diào)制原理 1光強調(diào)制利用被丈量直接或間接改動光纖中光的強度，再經(jīng)過光強的變化來丈量外界物理量，稱為光強調(diào)制。例如，微彎光纖傳感器可構(gòu)成聲傳感器或應(yīng)變傳感器。在這類傳感器中，傳感元件由可使光纖發(fā)生微彎曲變形器件組成，例如一對鋸齒板，如圖10-5a所示。相鄰齒之間的間隔決議著變形器的空間頻率。當(dāng)鋸齒板遭到壓力作用時，產(chǎn)生位移，使得夾在其中的光纖微彎曲，從而引起光強

6、調(diào)制。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器a b圖10-5 微彎光纖傳感器a微彎光纖傳感器原理圖；b光纖微彎曲對傳播光的影響1裸光纖；2機械變形器傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 2相位調(diào)制利用外界要素對于光纖中光波相位的影響來探測各種物理量，稱為相位調(diào)制。只需利用適當(dāng)?shù)膬x器檢出光纖中光信號相位的變化就可以測定溫度。由于應(yīng)變或壓力也會改動光纖的傳輸特性，使光信號相位變化，因此也可以檢測應(yīng)變和壓力。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 3波長調(diào)制 利用外界要素改動光纖中光的波長，經(jīng)過檢測波長的變化來丈量各種物理量，稱為波長調(diào)制。波長調(diào)制技術(shù)比光強調(diào)制技術(shù)用得少，其緣由是解調(diào)技術(shù)比較復(fù)雜，通常要運用

7、分光儀。但是，采用光學(xué)濾波或雙波長檢測技術(shù)后，可使解調(diào)技術(shù)簡化。波長調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點在于它對引起光纖或銜接器損耗添加的某些器件的穩(wěn)定性不敏感，該方法廣泛用于液體濃度的化學(xué)分析、磷光和熒光景象分析、黑體輻射分析，以及用在光學(xué)濾波器上。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 4頻率調(diào)制 利用外界要素改動光的頻率，經(jīng)過檢測光的頻率變化來丈量外界物理量，稱為頻率調(diào)制。常采用傳光型光纖傳感器，即光纖只起傳光作用。光頻率調(diào)制是基于被測物體的入射光頻率與其反射光的多普勒效應(yīng)，當(dāng)光源發(fā)射出的頻率為f1的光波照射到運動物體上，從該運動體反射的光波頻率發(fā)生變化為f2，相對于原頻率發(fā)生變化。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型

8、傳感器121(1/ )1( / )fffv cv c圖10-6 多普勒效應(yīng)表示圖傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 3光纖傳感器的特點1傳光性能、電氣絕緣性能好，不受電磁干擾，可在強電磁干擾下完成傳統(tǒng)傳感器不能完成的某些參量的丈量，特別是電流、電壓丈量，損耗小于0.2dB/km。2質(zhì)量輕、體積小、可撓性好，光波傳輸無電能和電火花，在惡劣環(huán)境下，不會引起被測介質(zhì)的熄滅、爆炸，光纖耐高壓、耐腐蝕，因此能在易燃、易爆和強腐蝕性的環(huán)境中平安任務(wù)。3頻帶寬、動態(tài)范圍大、對被測對象不產(chǎn)生影響，可進展非接觸式、遠間隔丈量，有利于提高丈量準(zhǔn)確度。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 10.1.3 光纖傳感器運用

9、光纖傳感器運用 1光纖傳感器對位移的丈量光纖傳感器對位移的丈量利用反射式光纖位移傳感器測微小位移的原理圖利用反射式光纖位移傳感器測微小位移的原理圖如圖如圖10-8所示。它利用光纖傳送和接納光束，所示。它利用光纖傳送和接納光束，可以實現(xiàn)無接觸丈量?？梢詫崿F(xiàn)無接觸丈量。光源經(jīng)一束多股光纜把光傳送到傳感器端部，并光源經(jīng)一束多股光纜把光傳送到傳感器端部，并發(fā)射到被測物體上；另一束多股光纜把被測物發(fā)射到被測物體上；另一束多股光纜把被測物反射出來的光接受并傳送到光敏元件上，這兩反射出來的光接受并傳送到光敏元件上，這兩股光纜在接近目的之前集合成股光纜在接近目的之前集合成Y形，集合是將形，集合是將兩束光纜里的

10、光纖分散混合而成的。由于傳感兩束光纜里的光纖分散混合而成的。由于傳感器端部與被測物體間間隔器端部與被測物體間間隔d的變化，因此反射到的變化，因此反射到接納光纖的光通量不同，可以反映傳感器與被接納光纖的光通量不同，可以反映傳感器與被測物體間間隔的變化。測物體間間隔的變化。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器a b圖10-7 反射式光纖位移傳感器a原理圖；b接納相對光強與間隔的關(guān)系特性曲線1光源；2發(fā)射光纖；3被測物；4接納光纖；5光敏元件傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 圖10-8a所示是利用擋光原理測位移，圖10-8b所示是利用改動斜切面間隙大小的原理測位移。這兩種方法更為簡單，但可測范圍及

11、線性不如反射法。 光纖位移傳感器丈量范圍為0.05mm0.12mm，分辨率為0.01mm。光纖微位移傳感器可丈量位移為0.08nm，動態(tài)范圍為110dB。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器a b圖10-8 光纖位移傳感器的其他方式a利用擋光原理測位移；b利用改動斜切面間隙大小測位移1光纖1；2擋板；3光纖2；4光敏元件；5縫隙；6光源；7可動光纖；8斜切間隙；9固定光纖傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.2.1 超聲波傳感器的任務(wù)原理與構(gòu)造超聲波傳感器的任務(wù)原理與構(gòu)造1超聲波傳感器的任務(wù)原理超聲波傳感器的任務(wù)原理超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理，壓

12、電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。超聲波傳感器分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用逆壓電效是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用逆壓電效應(yīng)的原理。圖應(yīng)的原理。圖10-10所示為采用雙壓電晶片超所示為采用雙壓電晶片超聲波傳感器表示圖。假設(shè)在發(fā)送器的雙壓電晶聲波傳感器表示圖。假設(shè)在發(fā)送器的雙壓電晶片諧振頻率為片諧振頻率為40KHZ上所施加頻率為上所施加頻率為40KHZ的高頻電壓，壓電陶瓷片的高頻電壓，壓電陶瓷片1、2就根據(jù)所就根據(jù)所加的高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)射頻率加的高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)射頻率為為40KHZ的超聲波。的超聲波。 10.2 超聲波傳感器

13、傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-10 雙壓電晶片超聲波傳感器表示圖1、2壓電陶瓷片傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器2超聲波傳感器的根本構(gòu)造超聲波傳感器是實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的安裝，又稱為超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接納器，但一個超聲波傳感器也可兼有發(fā)射和接納功能。超聲波探頭按其構(gòu)造可分為直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。超聲波探頭按其任務(wù)原理又可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。在實踐運用中，以壓電式探頭最為常見。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器a b圖10-11 超聲波傳感器的典型外形和表示符號a典型外形 b表示符號1金屬網(wǎng)；2外殼；3標(biāo)簽傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器a

14、b c圖10-12 超聲波探頭構(gòu)造表示圖a單晶直探頭 b雙晶直探頭 c斜探頭1接插件；2外殼；3阻尼吸收塊；4引線；5壓電晶體；6維護膜；7隔離層；8延遲塊；9有機玻璃斜楔塊；10耦合劑；11試件1以固體為傳導(dǎo)介質(zhì)的超聲探頭傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器2以空氣為傳導(dǎo)介質(zhì)的超聲探頭a b圖10-13 空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)生、接納器構(gòu)造a超聲發(fā)射器 b超聲接納器 1外殼；2金屬絲網(wǎng)罩；3錐形共振盤；4壓電晶片；5引腳；6阻抗匹配器；7超聲波束傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.2.2 超聲波傳感器的運用超聲波傳感器的運用1超聲波探傷超聲波探傷1直探頭探傷直探頭探傷如工件中有缺陷，一部分聲脈沖

15、在缺陷處產(chǎn)生反如工件中有缺陷，一部分聲脈沖在缺陷處產(chǎn)生反射，另一小部分繼續(xù)傳播到工件底面產(chǎn)生反射，射，另一小部分繼續(xù)傳播到工件底面產(chǎn)生反射，在熒光屏上除出現(xiàn)始脈沖在熒光屏上除出現(xiàn)始脈沖T和底脈沖和底脈沖B外，還外，還出現(xiàn)缺陷脈沖出現(xiàn)缺陷脈沖F，如圖，如圖10-14所示。所示。熒光屏上的程度亮線為掃描線，經(jīng)過判別缺陷脈熒光屏上的程度亮線為掃描線，經(jīng)過判別缺陷脈沖在熒光屏上的位置可確定缺陷在工件中的深沖在熒光屏上的位置可確定缺陷在工件中的深度。度。經(jīng)過缺陷脈沖幅度的高低差別可以判別缺陷的大經(jīng)過缺陷脈沖幅度的高低差別可以判別缺陷的大小。經(jīng)過挪動探頭還可確定缺陷大致長度和走小。經(jīng)過挪動探頭還可確定缺陷

16、大致長度和走向。向。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 2斜探頭探傷 斜探頭探傷表示圖如圖10-15所示。在直探頭探傷時，當(dāng)超聲波束中心線與缺陷截面垂直時，探測靈敏度最高。但如遇到圖10-15所示方向的缺陷時，就不能真實反映缺陷的大小，甚至有能夠漏檢。這時假設(shè)用斜探頭探測，可提高探傷效率。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-15 斜探頭探傷表示圖a橫波在試件中的傳播 b缺陷回波1試件；2斜探頭；3斜楔塊；4斜向缺陷焊渣或氣孔；5V形焊縫中的焊料傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器2超聲波測物位超聲波測物位圖圖10-16所示給出了幾種超聲物位傳感器的構(gòu)造所示給出了幾種超聲物位傳感器的構(gòu)造表示

17、圖。超聲波發(fā)射和接納換能器可設(shè)置在液表示圖。超聲波發(fā)射和接納換能器可設(shè)置在液體介質(zhì)中，讓超聲波在液體介質(zhì)中傳播，如圖體介質(zhì)中，讓超聲波在液體介質(zhì)中傳播，如圖10-16a所示。由于超聲波在液體中的衰減所示。由于超聲波在液體中的衰減比較小，所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也比較小，所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也可以傳播。超聲波發(fā)射和接納換能器也可以安可以傳播。超聲波發(fā)射和接納換能器也可以安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，如裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，如圖圖10-16b所示。這種方式便于安裝和維修，所示。這種方式便于安裝和維修，但超聲波在空氣中的衰減比較厲害。但超聲波在空氣中的衰減比

18、較厲害。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-16 幾種超聲波物位傳感器的構(gòu)造原理表示圖a換能器設(shè)置于液面下；b換能器設(shè)置于液面上傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器單換能器: 2htc2cth 雙換能器 :2cts 22hsa傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器3超聲波測厚度超聲波測厚度圖圖10-17所示為便攜式超聲測厚儀表示圖，它可所示為便攜式超聲測厚儀表示圖，它可用于丈量鋼及其他金屬、有機玻璃、硬塑料等用于丈量鋼及其他金屬、有機玻璃、硬塑料等資料的厚度。資料的厚度。雙晶直探頭左邊的壓電晶片發(fā)射超聲脈沖進入被雙晶直探頭左邊的壓電晶片發(fā)射超聲脈沖進入被測試件，在到達試件底面時，被反射回來，并

19、測試件，在到達試件底面時，被反射回來，并被右邊的壓電晶片所接納。被右邊的壓電晶片所接納。 12ct傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-17 超聲波測厚原理1雙晶直探頭；2引線電纜；3入射波；4反射波；5試件；6測厚顯示器設(shè)定鍵傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器4超聲波防碰撞電路超聲波防碰撞電路圖圖10-18所示為超聲波防碰撞電路，電路采用所示為超聲波防碰撞電路，電路采用LM1812并由時基電路并由時基電路來控制來控制LM1812的發(fā)射的發(fā)射和接納和接納LM1812既發(fā)射又接納?？刂崎g隔既發(fā)射又接納?？刂崎g隔可用可用5K的電位器來調(diào)理，普通可控制的電位器來調(diào)理，普通可控制23m.時基電路時

20、基電路組成單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)?shù)竭_報警間隔時，組成單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)?shù)竭_報警間隔時，時基電路時基電路的的2腳輸入一低電平相當(dāng)于腳輸入一低電平相當(dāng)于Ucc/3，單穩(wěn)態(tài)電路被觸法，單穩(wěn)態(tài)電路被觸法，3腳輸出高電平，腳輸出高電平，VL點亮的同時，電子蜂鳴器點亮的同時，電子蜂鳴器HA也發(fā)聲報警。也發(fā)聲報警。本電路超聲波發(fā)射本電路超聲波發(fā)射/接納傳感器采用接納傳感器采用T/R-40系列。系列。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-18 超聲波防碰撞電路傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.3.1 紅外輻射引見紅外輻射引見紅外線是一種不可見光是太陽光譜的一部分，紅外線是一種不可見光是太陽光譜的一部分，本質(zhì)上是

21、一種電磁波。波長范圍在本質(zhì)上是一種電磁波。波長范圍在0.751000之間，其中近紅外線波長范圍在之間，其中近紅外線波長范圍在0.751.4。紅外輻射是由于物體內(nèi)部分子的轉(zhuǎn)動及振動而產(chǎn)紅外輻射是由于物體內(nèi)部分子的轉(zhuǎn)動及振動而產(chǎn)生的。這類振動過程是物體受熱而引起的。在生的。這類振動過程是物體受熱而引起的。在絕對零度時，沒有一種物領(lǐng)會發(fā)射紅外線。常絕對零度時，沒有一種物領(lǐng)會發(fā)射紅外線。常溫下，一切的物體都是紅外輻射的發(fā)射源。溫下，一切的物體都是紅外輻射的發(fā)射源。紅外線和一切的電磁波一樣，具有反射、折射、紅外線和一切的電磁波一樣，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性質(zhì)，但它的特點是熱效散射、干涉及吸收

22、等性質(zhì)，但它的特點是熱效應(yīng)非常大，紅外線在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)應(yīng)非常大，紅外線在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的吸收和散射作用使它產(chǎn)生衰減。的吸收和散射作用使它產(chǎn)生衰減。 10.3 紅外傳感器傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.3.2 紅外線傳感器紅外線傳感器紅外線傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種紅外線傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種光敏器件，通常稱為紅外探測器。光敏器件，通常稱為紅外探測器。熱探測器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫?zé)崽綔y器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化，進而使其有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變度變化，進而使其有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化的原理研制成的。經(jīng)過丈量有關(guān)物理

23、參數(shù)的化的原理研制成的。經(jīng)過丈量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測器所吸收的紅外輻射。主要有變化可確定探測器所吸收的紅外輻射。主要有熱電阻型、熱電偶型和熱釋電型等幾種。熱電阻型、熱電偶型和熱釋電型等幾種。光子探測器是利用某些半導(dǎo)體資料在紅外輻射的光子探測器是利用某些半導(dǎo)體資料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使資料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使資料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的原理研制成的。經(jīng)過丈量電學(xué)性質(zhì)的生變化的原理研制成的。經(jīng)過丈量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。按照光子探變化，可以確定紅外輻射的強弱。按照光子探測器的任務(wù)原理，普通可分為外光電探測器和測器的任務(wù)原理，普通可分為外光電探測器

24、和內(nèi)光電探測器兩種。內(nèi)光電探測器兩種。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.3.3 紅外傳感器的運用紅外傳感器的運用1紅外線測溫儀紅外線測溫儀紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來丈量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于量來丈量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于1000時，時，它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，可它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，可用紅外探測器檢測其溫度。用紅外探測器檢測其溫度。圖圖10-20中的光學(xué)系統(tǒng)是一個固定焦距的透射系中的光學(xué)系統(tǒng)是一個固定焦距的透射系統(tǒng)，濾光片普通采用只允許統(tǒng)，濾光片普通采用只允許8m14m的紅的紅外輻射能經(jīng)過的

25、資料。步進電機帶動調(diào)制盤轉(zhuǎn)外輻射能經(jīng)過的資料。步進電機帶動調(diào)制盤轉(zhuǎn)動，將被測的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射動，將被測的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射線。紅外探測器普通為鉭酸鋰熱釋電探測線。紅外探測器普通為鉭酸鋰熱釋電探測器，透鏡的焦點落在其光敏面上。被測目的的器，透鏡的焦點落在其光敏面上。被測目的的紅外輻射經(jīng)過透鏡聚焦在紅外探測器上，紅外紅外輻射經(jīng)過透鏡聚焦在紅外探測器上，紅外探測器將紅外輻射變換為電信號輸出。探測器將紅外輻射變換為電信號輸出。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-20 紅外測溫儀方框圖1紅外探測器；2步進電機；3溫度傳感器；4調(diào)制盤；5濾光片；6透鏡傳感器與檢測技術(shù)第10章

26、新型傳感器2紅外線防盜報警器紅外線防盜報警器紅外線反射式防盜報警器采用反射式紅外探測組紅外線反射式防盜報警器采用反射式紅外探測組件其最大探測間隔可達件其最大探測間隔可達12m來觸發(fā)報警器，來觸發(fā)報警器，當(dāng)檢測到盜情時，報警器會發(fā)出逼真的當(dāng)檢測到盜情時，報警器會發(fā)出逼真的“狗叫狗叫聲，提示主人有異常情況發(fā)生。聲，提示主人有異常情況發(fā)生。 在正常情況下，在正常情況下，ICl輸出低電平，輸出低電平，IC2不能觸發(fā)任不能觸發(fā)任務(wù)，揚聲器務(wù)，揚聲器BL不發(fā)聲。當(dāng)有外人進入不發(fā)聲。當(dāng)有外人進入ICI的警的警戒探測區(qū)域時，戒探測區(qū)域時，ICl發(fā)射的紅外線信號經(jīng)人體發(fā)射的紅外線信號經(jīng)人體反射回來。反射回來。I

27、Cl接納到人體反射回來的紅外信接納到人體反射回來的紅外信號并對該信號進展處置后，輸出高電平觸發(fā)信號并對該信號進展處置后，輸出高電平觸發(fā)信號，使號，使IC2受觸發(fā)任務(wù)，輸出音效電信號。該受觸發(fā)任務(wù)，輸出音效電信號。該電信號經(jīng)電信號經(jīng)IC3功率放大后驅(qū)動功率放大后驅(qū)動BL發(fā)出響亮的發(fā)出響亮的“狗叫聲，提示主人有異常情況發(fā)生。狗叫聲，提示主人有異常情況發(fā)生。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-21 紅外線防盜報警器傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器3熱釋電紅外線人體探測器熱釋電紅外線人體探測器1熱釋電紅外線燈光自動控制熱釋電紅外線燈光自動控制紅外線燈控器由熱釋電紅外線傳感器作為人體接紅外線燈

28、控器由熱釋電紅外線傳感器作為人體接近感知器件，使燈控器可實現(xiàn)近感知器件，使燈控器可實現(xiàn)“人來燈亮，人人來燈亮，人走燈滅的功能，特別適用于賓館、機關(guān)、居走燈滅的功能，特別適用于賓館、機關(guān)、居民住宅樓樓道及家庭運用。民住宅樓樓道及家庭運用。當(dāng)熱釋電紅外傳感器檢測到人體紅外信號時，它當(dāng)熱釋電紅外傳感器檢測到人體紅外信號時，它將輸出微弱的電信號至將輸出微弱的電信號至ICl的的10腳，經(jīng)腳，經(jīng)ICl內(nèi)部內(nèi)部兩級放大器放大后，再經(jīng)電壓比較器與其設(shè)定兩級放大器放大后，再經(jīng)電壓比較器與其設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進展比較，然后輸出高電平，經(jīng)延的基準(zhǔn)電壓進展比較，然后輸出高電平，經(jīng)延時處置后由時處置后由ICl的的2腳輸出，

29、驅(qū)動腳輸出，驅(qū)動VTl使繼電器使繼電器K任務(wù)，其常開觸點任務(wù)，其常開觸點K接通電燈電源，點亮電接通電燈電源，點亮電燈。當(dāng)人離去時，燈。當(dāng)人離去時，2min后燈光自行熄滅。后燈光自行熄滅。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-22 熱釋電紅外線燈光自動控制電路傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 2熱釋電自動門控制電路 圖10-23所示為熱釋電自動門控制電路原理圖。人體挪動探測采用HN911新型熱釋電紅外線探測模塊。VF用作延時控制，經(jīng)過調(diào)理電位器RP便可改動延時控制的時間。MOC3020光耦合器起交直流隔離作用。當(dāng)無人行走時，HN911的l腳為低電平，VF無控制信號輸，雙向晶閘管VTH關(guān)斷

30、，負(fù)載電動機不任務(wù)，門處于封鎖形狀。當(dāng)有人接近自動門時，HN911檢測到人體輻射的紅外能量，輸l腳為高電平，雙向晶閘管VTH導(dǎo)通，負(fù)載電動機任務(wù)，翻開自動門。當(dāng)自動門運轉(zhuǎn)到位時由限位開關(guān)SQ切斷電源。由于HN911的2腳輸出的電平正好與其1腳電平相反，故可用2腳的輸出控制自動門的封鎖。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-23 熱釋電自動門控制電路傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.4.1 核輻射及其性質(zhì)核輻射及其性質(zhì)具有一樣的核電荷數(shù)具有一樣的核電荷數(shù)Z而有不同的質(zhì)子數(shù)而有不同的質(zhì)子數(shù)A的原的原子所構(gòu)成的元素稱同位素。假設(shè)某種同位素的子所構(gòu)成的元素稱同位素。假設(shè)某種同位素的原子核在

31、沒有外力作用下，自動發(fā)生衰變，衰原子核在沒有外力作用下，自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出變中釋放出 射線、射線、 射線、射線、 射線、射線、x射射線等，這種景象稱為核輻射。而放出射線的同線等，這種景象稱為核輻射。而放出射線的同位素稱為放射性同位素，又稱放射源。位素稱為放射性同位素，又稱放射源。放射源的強度是隨著時間按指數(shù)定理而減小的，放射源的強度是隨著時間按指數(shù)定理而減小的，即即 J=J0e t 10.4 核輻射傳感器傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器1 射線射線放射性同位素原子核中可以發(fā)射出放射性同位素原子核中可以發(fā)射出 粒子。粒子。 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為4.002775u原于質(zhì)量單位，原于質(zhì)

32、量單位，它帶有正電荷，實踐上即為氦原子核，這種它帶有正電荷，實踐上即為氦原子核，這種 粒子流通常稱作粒子流通常稱作 射線。射線。 在檢測技術(shù)中，在檢測技術(shù)中， 射線的電離效應(yīng)、透射效應(yīng)射線的電離效應(yīng)、透射效應(yīng)和散射效應(yīng)都有運用，但以電離效應(yīng)為主，用和散射效應(yīng)都有運用，但以電離效應(yīng)為主，用 粒子來使氣體電離比其他輻射強得多。粒子來使氣體電離比其他輻射強得多。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器2 射線射線 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為0.000549u，帶有一個單位的電，帶有一個單位的電荷。它所帶的能量為十萬電子伏特到幾兆電子荷。它所帶的能量為十萬電子伏特到幾兆電子伏特。伏特。 粒子的運動速度均較粒子

33、的運動速度均較 粒子的運動粒子的運動速度高很多，在氣體中的射程可達速度高很多，在氣體中的射程可達20m。 射線與射線與射線相比，透射才干大，電離作用射線相比，透射才干大，電離作用小。在檢測中主要是根據(jù)小。在檢測中主要是根據(jù) 輻射吸收來丈量資輻射吸收來丈量資料的厚度、密度或分量，根據(jù)輻射的反射來丈料的厚度、密度或分量，根據(jù)輻射的反射來丈量覆蓋層的厚度，利用量覆蓋層的厚度，利用 粒子很大的電離才干粒子很大的電離才干來丈量氣體流。來丈量氣體流。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器3射線射線原子核從不穩(wěn)定的高能激發(fā)態(tài)躍遷到穩(wěn)定的基態(tài)原子核從不穩(wěn)定的高能激發(fā)態(tài)躍遷到穩(wěn)定的基態(tài)或較穩(wěn)定的低能態(tài)，并且不改動其

34、組成過程稱或較穩(wěn)定的低能態(tài)，并且不改動其組成過程稱為為 衰變或稱衰變或稱 躍遷。發(fā)生躍遷。發(fā)生 躍遷時所躍遷時所放射出的射線稱放射出的射線稱 射線或射線或 光子。光子。 與與 射線相比，射線相比， 射線的吸收系數(shù)小，它透過射線的吸收系數(shù)小，它透過物質(zhì)的才干最大，在氣體中的射程為幾百米，物質(zhì)的才干最大，在氣體中的射程為幾百米，并且能穿透幾十厘的固體物質(zhì)，其電離作用最并且能穿透幾十厘的固體物質(zhì)，其電離作用最小。在丈量儀表中，根據(jù)小。在丈量儀表中，根據(jù) 輻射穿透力強這一輻射穿透力強這一特性來制造探傷儀、金屬厚度計和物位計等。特性來制造探傷儀、金屬厚度計和物位計等。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器

35、10.2.2 核輻射探測器核輻射探測器核輻射探測器又稱核輻射接納器，它是核輻射傳核輻射探測器又稱核輻射接納器，它是核輻射傳感器的重要組成部分。核輻射探測器的作用是感器的重要組成部分。核輻射探測器的作用是將核輻射信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而探測出射線將核輻射信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而探測出射線的強弱和變化。的強弱和變化。1電離室電離室電離室是利用射線對氣體的電離作用而設(shè)計的一電離室是利用射線對氣體的電離作用而設(shè)計的一種輻射探測器，它的重要部分是兩個電極和充種輻射探測器，它的重要部分是兩個電極和充溢在兩個電極間的氣體。氣體可以是空氣或某溢在兩個電極間的氣體。氣體可以是空氣或某些惰性氣體。些惰性氣體。 傳感器

36、與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 如圖10-24所示，在電離室兩側(cè)放置相互絕緣的電極板，電極間加上適當(dāng)電壓，放射線進入電極間的氣體中，在核輻射的作用下，電離室中的氣體介質(zhì)即被電離，離子沿著電場的作用線挪動，這時在電離室的電路中產(chǎn)生電離電流。核輻射強度越大，在電離室產(chǎn)生的離子對越多，產(chǎn)生的電流亦越大。 在核輻射檢測儀表中，有時用一個電離室，有時用兩個電離室。為了使兩個電離室的特性一樣，以減少丈量誤差，通常設(shè)計成差分電離室，如圖10-25所示。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-24 電離室的構(gòu)造表示圖 圖10-25 差分電離室 1集電極；2外殼；3高電阻傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器2正

37、比計數(shù)管正比計數(shù)管正比計數(shù)管的構(gòu)造如圖正比計數(shù)管的構(gòu)造如圖10-26所示。它是由圓筒所示。它是由圓筒形的陰極和作為陽極的中央芯線組成的，內(nèi)封形的陰極和作為陽極的中央芯線組成的，內(nèi)封有稀有氣體、氮氣、二氧化碳、氫氣、甲烷、有稀有氣體、氮氣、二氧化碳、氫氣、甲烷、丙烷等氣體。當(dāng)放射線射入使氣體產(chǎn)生電離時，丙烷等氣體。當(dāng)放射線射入使氣體產(chǎn)生電離時，由于在芯線近旁電場密度高，電子碰撞被加速，由于在芯線近旁電場密度高，電子碰撞被加速，在氣體中獲得足夠的能量，碰撞其他氣體分子在氣體中獲得足夠的能量，碰撞其他氣體分子和原子而產(chǎn)生新的離子對。此過程反復(fù)進展而和原子而產(chǎn)生新的離子對。此過程反復(fù)進展而被放大，人們

38、將此過程稱為氣體放大。由于放被放大，人們將此過程稱為氣體放大。由于放大而產(chǎn)生的陽離子迅速分開氣體放大區(qū)域而產(chǎn)大而產(chǎn)生的陽離子迅速分開氣體放大區(qū)域而產(chǎn)生輸出脈沖。輸出脈沖的大小正比于因放射線生輸出脈沖。輸出脈沖的大小正比于因放射線入射而產(chǎn)生的電子，正離子對的數(shù)目，而電子、入射而產(chǎn)生的電子，正離子對的數(shù)目，而電子、正離子對數(shù)正比于氣體吸收的放射線的能量。正離子對數(shù)正比于氣體吸收的放射線的能量。因此，正比計數(shù)管可以探測入射放射線的能量。因此，正比計數(shù)管可以探測入射放射線的能量。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 圖10-26 正比計數(shù)管的構(gòu)造 圖10-27 蓋革彌勒計數(shù)管1芯線電極；2圓筒形陰極

39、1陽極；2陰極傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器3蓋革蓋革彌勒計數(shù)管彌勒計數(shù)管蓋革蓋革彌勒計數(shù)管也是根據(jù)射線對氣體的電離作彌勒計數(shù)管也是根據(jù)射線對氣體的電離作用而設(shè)計的輻射探測器。它與電離室不同的地用而設(shè)計的輻射探測器。它與電離室不同的地方主要在于它任務(wù)在氣體放電區(qū)域，具有放大方主要在于它任務(wù)在氣體放電區(qū)域，具有放大作用。其構(gòu)造如圖作用。其構(gòu)造如圖10-27所示。計數(shù)管以金屬所示。計數(shù)管以金屬圓筒為陰極，以筒中心的一根鎢絲或鉬絲為陽圓筒為陰極，以筒中心的一根鎢絲或鉬絲為陽極，筒和絲之間用絕緣體隔開。計數(shù)管內(nèi)充有極，筒和絲之間用絕緣體隔開。計數(shù)管內(nèi)充有氬、氦等氣體。氬、氦等氣體。蓋革蓋革彌勒計數(shù)

40、管由于有氣體放大作用，所產(chǎn)生彌勒計數(shù)管由于有氣體放大作用，所產(chǎn)生的電流比電離室的離子流大好幾千倍，因此它的電流比電離室的離子流大好幾千倍，因此它不需求高電阻，其負(fù)載電阻普通不超越不需求高電阻，其負(fù)載電阻普通不超越1M ，輸出的脈沖普通為幾伏到幾十伏。圖輸出的脈沖普通為幾伏到幾十伏。圖10-28所所示為計數(shù)管的特性曲線示為計數(shù)管的特性曲線 。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器4閃爍計數(shù)器閃爍計數(shù)器物質(zhì)受放射線的作用而被激發(fā)，在由激發(fā)態(tài)躍遷物質(zhì)受放射線的作用而被激發(fā)，在由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程中，發(fā)射出脈沖狀的光的景象稱到基態(tài)的過程中，發(fā)射出脈沖狀的光的景象稱為閃爍景象。能產(chǎn)生這樣發(fā)光景象的物質(zhì)稱

41、為為閃爍景象。能產(chǎn)生這樣發(fā)光景象的物質(zhì)稱為閃爍體。閃爍計數(shù)器先將輻射能變?yōu)楣饽?，然閃爍體。閃爍計數(shù)器先將輻射能變?yōu)楣饽埽缓笤賹⒐饽茏優(yōu)殡娔芏M展探測，它由閃爍體后再將光能變?yōu)殡娔芏M展探測，它由閃爍體和光電倍增管兩部分組成，如圖和光電倍增管兩部分組成，如圖10-29所示。所示。 傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-28 蓋革彌勒計數(shù)管特性曲線 圖10-29 閃爍計數(shù)器 1鋁殼；2光電倍增管； 3陽極；4聯(lián)級；5光陰極； 6橡膠板；7閃爍體傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器5半導(dǎo)體探測器半導(dǎo)體探測器半導(dǎo)體探測器是近年來迅速開展起來的一種射線半導(dǎo)體探測器是近年來迅速開展起來的一種射線探測器

42、。由于荷電粒子一入射到固體中就與固探測器。由于荷電粒子一入射到固體中就與固體中的電子產(chǎn)生相互作用并失去能量而停頓，體中的電子產(chǎn)生相互作用并失去能量而停頓，入射到半導(dǎo)體中的荷電粒子在此過程產(chǎn)生電子入射到半導(dǎo)體中的荷電粒子在此過程產(chǎn)生電子和空穴對。而和空穴對。而x射線或射線或 射線由于光電效應(yīng)、射線由于光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對生成等而產(chǎn)生二次電子，康普頓散射、電子對生成等而產(chǎn)生二次電子，此高速的二次電子經(jīng)過與荷電粒子的情況一樣此高速的二次電子經(jīng)過與荷電粒子的情況一樣的過程而產(chǎn)生電子和空穴。假設(shè)取出這些生成的過程而產(chǎn)生電子和空穴。假設(shè)取出這些生成的電荷，可以將放射線變?yōu)殡娦盘枴５碾姾?，可以將放?/p>

43、線變?yōu)殡娦盘枴?傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器10.2.3 核輻射傳感器的運用核輻射傳感器的運用1核輻射測厚儀核輻射測厚儀核輻射傳感器可用來檢測厚度、液位、物位、速核輻射傳感器可用來檢測厚度、液位、物位、速度、溫度及濕度等參數(shù)，也可用于金屬資料探度、溫度及濕度等參數(shù)，也可用于金屬資料探傷。以下舉例闡明。傷。以下舉例闡明。核輻射測厚儀是利用射線的散射與物質(zhì)厚度的關(guān)核輻射測厚儀是利用射線的散射與物質(zhì)厚度的關(guān)系來丈量物質(zhì)厚度的。圖系來丈量物質(zhì)厚度的。圖10-30所示為利用差所示為利用差動和平衡變換原理丈量鋼帶鍍錫層的厚度丈量動和平衡變換原理丈量鋼帶鍍錫層的厚度丈量儀。儀。傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器圖10-30 利用差動和平衡變換原理丈量鋼帶鍍錫層厚度的丈量儀1電離室1；2電離室2；3擋板；4電動機；5輥子；6輔助放射源；7鋼帶；8鋰層；9放射源傳感器與檢測技術(shù)第10章新型傳感器 圖10-30中兩個電離室外殼加上極性相反的電壓，構(gòu)成相反的柵極