第八章新型傳感器(激光)

8.2CCD圖象傳感器

8.1光纖傳感器

在20世紀(jì)70年代，隨著新材料、新技術(shù)、新要求不斷涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了以光纖傳感器為代表的一大批新型傳感器，代表了傳感技術(shù)的最新成果，適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展的新需求。本章主要講5種：8.3激光與紅外傳感器8.4超聲波與聲表面波傳感器8.5核輻射傳感器

1目前一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)復(fù)習(xí)：1.光纖的一大優(yōu)點(diǎn)是什么？2.光纖傳光的基本原理是什么？3.光纖數(shù)值孔徑的物理含義是什么？4.按照光纖在傳感器的作用，光纖傳感器分為分為哪兩類？微彎損耗式光纖傳感器屬于哪一類？5.微彎損耗式光纖傳感器的工作原理是什么？2目前二頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光傳感器：以激光為光源的光電式傳感器。什么是激光：由受激輻射的光放大。

1964年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。

8.3激光與紅外傳感器激光傳感器是由激光發(fā)生器、激光接收器及其相應(yīng)的電路所組成的。

激光應(yīng)用的領(lǐng)域，主要有工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事六個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)激光的特點(diǎn)可用于：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光快速成型，激光測(cè)速、測(cè)距。8.3.1激光傳感器3目前三頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)4目前四頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光打印機(jī)5目前五頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光切割6目前六頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光測(cè)距儀7目前七頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)一、激光的形成與特性

1、激光的形成

原子在正常分布狀態(tài)下，多處于穩(wěn)定的低能級(jí)El狀態(tài)。如果沒有外界的作用，原于可以長(zhǎng)期保持這個(gè)狀態(tài)。若在外界光子的作用下，原子吸收光子的能量hγ后，由低能級(jí)El向高能級(jí)E2躍遷的過程，叫做原子的激發(fā)。原子處于激發(fā)的時(shí)間是非常短的，處于激發(fā)狀態(tài)的原子能夠很快地躍遷到低能級(jí)上去，同時(shí)輻射出光子。這種處于激發(fā)狀態(tài)的原子自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上去而發(fā)光，叫做原子的自發(fā)輻射。

粒子能級(jí)的正常分布激發(fā)與自發(fā)輻射過程8目前八頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)如果處于高能級(jí)的原子在外界作用影響下，發(fā)射光子而躍遷到低能級(jí)上去，這種發(fā)光叫做原子的受激輻射。9目前九頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)在受激輻射過程中，發(fā)射光子不僅在能量上(或頻率上)和入射光子相同，它們?cè)谙辔弧⒄駝?dòng)方向和發(fā)射方向上也完全一樣。如果這些光子再引起其他原子發(fā)生受激輻射，這些原子所發(fā)射的光子在相位、發(fā)射方向、振動(dòng)方向和頻率上也都和最初引起受激輻射的入射光子相同，如圖a所示。這樣，在一個(gè)入射光子影響下，會(huì)引起大量原子的受激輻射，它們所發(fā)射的光子在相位、發(fā)射方向、振動(dòng)方向和頻率上都完全一樣，這一過程稱為光放大。另一方面，能量為hγ的光子在媒質(zhì)中傳播時(shí)，也可以被處于E1能級(jí)上的粒子所吸收；而使這粒子躍遷到E2能級(jí)上去。在此情況下，入射光子被吸收而減少，如圖b所示。這個(gè)過程叫做光的吸收。

光的放大和吸收過程往往是同時(shí)進(jìn)行的，總的結(jié)果可以是加強(qiáng)或減弱，這取決于這一對(duì)矛盾中哪一方處于支配地位。10目前十頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光是媒質(zhì)的粒子(原子或分子)受激輻射產(chǎn)生的，但它必須具備下述的條件才能得到。

(1).粒子數(shù)反轉(zhuǎn)為了形成受激輻射，必須設(shè)法使某一高能級(jí)的原子數(shù)多于低能級(jí)的原子數(shù)。原子數(shù)的這種分布稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作介質(zhì)叫增益介質(zhì)。11目前十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)要想產(chǎn)生激光，單靠外界激發(fā)而得到的初級(jí)受激輻射是不行的。實(shí)際的激光器都是由工作物質(zhì)和一個(gè)光學(xué)共振腔組成。光學(xué)共振腔由兩端為各種形狀的曲面反射鏡構(gòu)成。最簡(jiǎn)單的光學(xué)共振腔是兩面相互平行的平面反射鏡，鏡面對(duì)光有很高的反射率，而工作物質(zhì)封裝在有兩個(gè)反射鏡的封閉體中。

(2).激光器的光振蕩放大12目前十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)當(dāng)工作物質(zhì)產(chǎn)生受激輻射時(shí)，受激輻射光在兩反射鏡之間作一定次數(shù)的往返反射，而每次返回時(shí)都經(jīng)過建立了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，這樣使受激輻射一次又一次地加強(qiáng)，如下圖所示。這樣幾十次、幾百次的往返，直至能獲得單方向的強(qiáng)度非常集中的激光輸出為止。我們把激光在共振腔內(nèi)往返放大過程叫做振蕩放大。光振蕩器的工作過程13目前十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)(3).激光輸出

激光光束在激光器的共振腔內(nèi)往返振蕩放大，那么怎樣輸出呢?共振腔內(nèi)反射鏡起著反射光束并使其往返振蕩的作用，從光放大角度看，反射率越高，光損失越小，放大效果越好。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，將一側(cè)反射鏡設(shè)計(jì)得盡量使它對(duì)激光波長(zhǎng)的反射率接近100%，而另一側(cè)反射鏡則稍低一些，比如98%以上。這樣這一端的透鏡將有激光穿透，這一端即為激光的輸出端。對(duì)于輸出端透鏡的反射率要適當(dāng)選擇，如果反射率太低，雖然透光能力強(qiáng)了，但對(duì)腔內(nèi)光束損失太大，就會(huì)影響振蕩器放大倍數(shù)，這樣輸出必然減弱。目前最佳反射率一般在給定激光條件下由實(shí)驗(yàn)來確定。14目前十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)產(chǎn)生激光必須滿足下列三個(gè)條件：(3)具有反復(fù)進(jìn)行受激輻射場(chǎng)所的光學(xué)諧振腔。

(2)具有供給能量的激勵(lì)源；(1)具有能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)——增益介質(zhì)。

15目前十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)(1)高方向性高方向性就是高平行度，即光束的發(fā)散角小。激光束的發(fā)散角已達(dá)到幾分甚至更小。所以通常稱激光是平行光。(2)高亮度激光在單位面積上集中的能量很高。一臺(tái)較高水平的紅寶石脈沖激光器亮度達(dá)比太陽的發(fā)光亮度高出很多倍。把這種高亮度的激光束會(huì)聚后能產(chǎn)生幾百萬攝氏度的高溫。在這種高溫下，就是最難熔的金屬，在一瞬間也會(huì)熔化。2、激光的特性:

16目前十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)(3)高單色性單色光是指譜線寬度很窄的一段光波。用λ表示波長(zhǎng)，△λ表示譜線寬度，△λ則越小，單色性越好。在普通光源中最好的單色光源是氪(Kr86)燈。它的而普通的氦氖激光器所產(chǎn)生的激光從上面數(shù)字可以看出：激光的譜線寬度比普通光源相比提高了幾萬倍，因此激光是最好的單色光源。(4)高相干性相干性就是指相干波在疊加區(qū)得到穩(wěn)定的干涉條紋所表現(xiàn)的性質(zhì)。普通光源是非相干光源，而激光是極好的相干光源。17目前十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光器的種類很多。按其工作物質(zhì)可以分為氣體、液體、固體、半導(dǎo)體激光器。

（1）氣體激光器氦氖激光器是應(yīng)用最廣泛的氣體激光器。二氧化碳(CO2)激光器是典型的分子氣體激光器。特點(diǎn)：小巧，能連續(xù)工作，單色性好，但輸出功率不及固體激光器。3、激光器的種類:

（2）固體激光器固體激光器的工作物質(zhì)主要是摻雜晶體和摻雜玻璃，最常用的是紅寶石(摻鉻)、釹玻璃(摻釹)、釔鋁石榴石(摻釹)。

18目前十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)紅寶石激光器

19目前十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)（3）液體激光器工作物質(zhì)一類是有機(jī)染料溶液，一類是含有稀土離子的無機(jī)化合物溶液，其中金屬離子起工作粒子作用。液體激光器的最大特點(diǎn)是發(fā)出的激光波長(zhǎng)可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，而不降低效率。（4）半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)是某些性能合適的半導(dǎo)體材料，如砷化鎵(GaAs)、砷磷化鎵(GaAsP)、磷化銦(1nP)等。半導(dǎo)體激光器最明顯的特點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。半導(dǎo)體激光器本身只有針孔那么大，長(zhǎng)度還不到lmm，將它裝在一個(gè)晶體管模樣的外殼內(nèi)或在它的兩面安裝上電極，其重量不超過2g，因此使用起來十分方便。它可以做成小型激光通訊機(jī)，或做成裝在飛機(jī)上的激光測(cè)距儀或裝在人造衛(wèi)星和宇宙飛船上作為精密跟蹤和導(dǎo)航用激光雷達(dá)。

20目前二十頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)二、激光傳感器3、激光掃描傳感器：物體尺寸的非接觸測(cè)量1、激光干涉?zhèn)鞲衅鳎洪L(zhǎng)度、尺寸測(cè)量2、激光衍射傳感器：衍射物的尺寸激光傳感器是以激光為光源的光電式傳感器。按照工作原理可分為：21目前二十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例1.激光測(cè)速三、激光傳感器的應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)選取s＝l00m。使車行走時(shí)先后切割相距l(xiāng)00m的兩束激光，測(cè)得時(shí)間間隔，即可算出速度。22目前二十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例2.激光測(cè)距激光測(cè)距的原理是：通過向目標(biāo)發(fā)射激光信號(hào)，根據(jù)激光信號(hào)往返于測(cè)點(diǎn)與目標(biāo)之間所用的時(shí)間而求出距離的。激光測(cè)距在軍事上可用于地形測(cè)量，戰(zhàn)場(chǎng)前沿測(cè)距，坦克及火炮的測(cè)距，測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈及衛(wèi)星的高度等。23目前二十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)24目前二十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例3.激光雷達(dá)

利用激光束搜索、跟蹤和測(cè)量活動(dòng)目標(biāo)的裝置叫激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的工作原理和微波雷達(dá)相似，都是利用電磁波照射目標(biāo)并接收回波的方法，發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和指示目標(biāo)的，只是工作波段不同。激光雷達(dá)在軍事上的應(yīng)用：武器鑒定試驗(yàn)、武器火控、跟蹤識(shí)別、指揮導(dǎo)引、大氣測(cè)量等。25目前二十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例4.激光制導(dǎo)應(yīng)用激光作為跟蹤目標(biāo)和傳輸信息的手段，將導(dǎo)彈、炮彈、航空炸彈等導(dǎo)向目標(biāo)。激光制導(dǎo)具有命中精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，是精確制導(dǎo)武器的一種重要制導(dǎo)方式。26目前二十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例5.激光武器利用激光的能量直接摧毀目標(biāo)或殺傷破壞其組成部分使之喪失戰(zhàn)斗力的武器稱為激光武器。27目前二十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)美國(guó)激光飛機(jī)已進(jìn)入試驗(yàn)階段28目前二十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)舉例：戰(zhàn)略反導(dǎo)激光武器29目前二十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)中國(guó)反衛(wèi)星激光武器已部署到西北內(nèi)陸30目前三十頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)案例6.激光通信激光通信是把光作為傳遞信息的載體，通過把信息（音頻信號(hào)）調(diào)制到光波上，經(jīng)介質(zhì)（大氣、光纜等）的傳輸，將信息傳至對(duì)方，再經(jīng)接收終端解調(diào)，還原成聲音而實(shí)現(xiàn)通信的。按照激光傳播途徑的不同，激光通信可分為大氣激光通信，空間激光通信，水下激光通信和光導(dǎo)纖維通信等方式。大氣激光通信是以大氣為傳輸介質(zhì)的激光通信。由于受大氣吸收、散射等影響，且只能直線傳播，故只適于近距離的定點(diǎn)或半定點(diǎn)通信。光纖通信是以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的激光通信。主要用于遠(yuǎn)距離的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)，中短距離的局部通信系統(tǒng)，以及在飛機(jī)、艦艇、雷達(dá)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等軍事裝備和軍事設(shè)施內(nèi)部的信息傳遞和通信聯(lián)絡(luò)等。31目前三十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)獲取三維空間中不透明物體表面形狀的新型傳感器，（nxSensor-I是美國(guó)nextWare公司最新推出的是世界上最為精確的激光圖象傳感器之一）可廣泛用于三座標(biāo)測(cè)量、逆向工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿形、修改和模具制造等領(lǐng)域。三維激光掃描傳感器工作流程

案例7.三維激光掃描傳感器32目前三十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)工作原理直徑70毫米33目前三十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)應(yīng)用無人值守系統(tǒng)的應(yīng)用無軌電車的碰撞防護(hù)多區(qū)域的水平安全區(qū)防護(hù)水平安全區(qū)防護(hù)

34目前三十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)激光鼠標(biāo)激光鼠標(biāo)其實(shí)也是光電鼠標(biāo)，只不過是用激光代替了普通的LED光．簡(jiǎn)介激光（鐳射）鼠標(biāo)就是我們平時(shí)用的光電鼠標(biāo)嗎？當(dāng)然不是。那么什么是激光鼠標(biāo)，激光鼠標(biāo)與光電鼠標(biāo)相比有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？1.用激光代替了普通的LED光2.可以在任何平面上操作3.提高了分辨率和精準(zhǔn)度35目前三十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)原理激光鼠標(biāo)傳感器獲得影像的過程是根據(jù)，激光照射在物體表面所產(chǎn)生的干涉條紋而形成的光斑點(diǎn)反射到傳感器上獲得的，而傳統(tǒng)的光學(xué)鼠標(biāo)是通過照射粗糙的表面所產(chǎn)生的陰影來獲得。因此激光能對(duì)表面的圖像產(chǎn)生更大的反差，從而使得傳感器得到的圖像更容易辨別，提高鼠標(biāo)的定位精準(zhǔn)性。鼠標(biāo)的分類:按照工作原理

第一代為機(jī)械鼠標(biāo)，這種鼠標(biāo)大家應(yīng)該有印象，就是鼠標(biāo)底蓋有一個(gè)滾球（最早的產(chǎn)品是底部有兩個(gè)互相垂直的滾輪）。其工作原理就是。當(dāng)你拖動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，帶動(dòng)滾球轉(zhuǎn)動(dòng)，滾球又帶動(dòng)輥柱轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在輥柱端部的機(jī)械傳感器（較早期）或者光柵信號(hào)傳感器（這種鼠標(biāo)剛面世時(shí)也被稱作半機(jī)械鼠標(biāo)）產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)反映出鼠標(biāo)器在垂直和水平方向的位移變化，再通過電腦程序的處理和轉(zhuǎn)換來控制屏幕上光標(biāo)箭頭的移動(dòng)。這種鼠標(biāo)最大的問36目前三十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)題就是機(jī)械部件較多，要達(dá)到高的精度需要較為精密的工藝，同時(shí)滾球等機(jī)械部件為了互相結(jié)合緊密，表面為不光滑材質(zhì)，極易被環(huán)境的灰塵、油污污染從而造成定位不準(zhǔn)確，因此機(jī)械鼠標(biāo)需要勤于清理才能保持原有的性能，因此絕大多數(shù)的機(jī)械鼠標(biāo)底部都有方便拆卸滾球的設(shè)計(jì)。也正因?yàn)榇?，很多人得出了機(jī)械鼠標(biāo)定位不準(zhǔn)的結(jié)論。第二代為光電鼠標(biāo)，我們目前市場(chǎng)上看的許多鼠標(biāo)都是光電鼠標(biāo)。光學(xué)鼠標(biāo)包含4個(gè)最重要核心部件：發(fā)光二極管（就是我們看到的發(fā)紅色光的LED)、光學(xué)引擎(鼠標(biāo)最貴的部件，也就是鼠標(biāo)的IC型號(hào)，英文名sensor,其作用相當(dāng)于人的眼睛)、透鏡、控制芯片（又稱MCU,是鼠標(biāo)的大腦）。其工作原理就是LED發(fā)出的光線，照亮光電鼠標(biāo)底部然后將光電鼠標(biāo)底部表面反射回的一部分光線，經(jīng)過透鏡，傳輸?shù)絪ensor內(nèi)成像。這樣，當(dāng)光電鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)軌跡便會(huì)被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像,鼠標(biāo)mcu對(duì)移動(dòng)軌跡上攝取的一系列37目前三十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)圖像進(jìn)行分析處理，通過對(duì)這些圖像上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來判斷鼠標(biāo)的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，從而完成光標(biāo)的定位.光電鼠標(biāo)與機(jī)械鼠標(biāo)相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是較低的成本就可以實(shí)現(xiàn)比較準(zhǔn)確的定位，并且無需疲于清理滾球和滾柱上的污漬。但是在移動(dòng)速度上沒有機(jī)械鼠標(biāo)好，最大的問題在于受到使用界面的限制而影響鼠標(biāo)的性能，通常我們都要墊一個(gè)專門的鼠標(biāo)墊。

第三代為激光鼠標(biāo)，又稱鐳射鼠標(biāo)。也可以說是一種特殊的光電鼠標(biāo)，其核心部件同樣是4部分。最大的不同就是把原來的紅光LED換成激光鐳射.大家知道激光與普通光最大的不同就在于激光發(fā)光的集中性，他發(fā)出的一束光而不是像普通光學(xué)LED那樣發(fā)出的光向四周散射出去。由于激光的集中性，相應(yīng)發(fā)出的光當(dāng)然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通光強(qiáng)烈，在碰到界面時(shí)發(fā)出的一束光會(huì)完全的折射回來反映到鼠標(biāo)的sensor上。也正是激光很強(qiáng)（大家不要擔(dān)心，這個(gè)強(qiáng)只是一個(gè)相對(duì)的概念，絕對(duì)不會(huì)強(qiáng)到傷害人的地步），當(dāng)然需要專業(yè)的更高檔的sensor和專業(yè)的透鏡來和他搭配使用，這樣一只激光鼠標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)才得以體現(xiàn)。38目前三十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)識(shí)別真假激光鼠標(biāo)

用在鼠標(biāo)上的激光的波長(zhǎng)為850nm，在紅外線區(qū)域，我們?nèi)庋劭床坏?，所以很多人區(qū)別激光鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)就看底殼有沒有紅光，有紅光的就是光電鼠標(biāo)，沒有紅光不發(fā)光的就是激光鼠標(biāo)，這是錯(cuò)的，發(fā)紅光的當(dāng)然光電鼠標(biāo)，不發(fā)光的有一種是真激光鼠標(biāo)，還有一種是假激光鼠標(biāo)，假激光鼠標(biāo)的LED用的是一個(gè)普通的紅外線LED,搭配普通的光學(xué)sensor做成，雖然普通的紅外線LED和鼠標(biāo)用的激光的波長(zhǎng)一樣，肉眼都看不到，但是激光是一束強(qiáng)光，普通的紅外線LED和我們一般光電鼠標(biāo)的工作原理完全一樣。也正是假激光這個(gè)原因，導(dǎo)致了消費(fèi)者誤認(rèn)為激光鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)沒有什么差別，從而使得激光鼠標(biāo)目前在國(guó)內(nèi)難以普及。那么怎么樣區(qū)別真假激光鼠標(biāo)呢：一看過界面情況，最典型在桌上放一塊玻璃，能在玻璃上很好地工作的就是激光鼠標(biāo)，假激光鼠標(biāo)是絕對(duì)不能動(dòng)的，因?yàn)榧偌す獍l(fā)出的光透過玻璃早就散開了，沒有辦法反射回鼠標(biāo)的sensor.二問鼠標(biāo)IC(sensor）的型號(hào)，目前專門搭配用來做激光的sensor型號(hào)有：安捷倫（Avago）A6010。原相（PAN)36013602和ST(意法半導(dǎo)體)53635366.39目前三十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)40目前四十頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)8.3.2紅外傳感器一、紅外線及其特性

1、紅外線在電磁波譜中的位置圖8-3-1也稱紅外光或紅外輻射，是位于可見光中紅光以外的光線，故稱為紅外線。它是一種人眼看不見的電磁波，它的波長(zhǎng)范圍大致在0.75μm～1000μm。2、紅外線的特性③紅外光在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的吸收和散射作用而被衰減。①具有可見光的一切特性，②具有光熱效應(yīng)，能輻射熱量。41目前四十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)圖8-3-1電磁波譜

42目前四十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)二、紅外探測(cè)器的類型1、光敏紅外探測(cè)器①電真空器件(光電管、光電倍增管)；

②半導(dǎo)體器件。2、熱敏紅外探測(cè)器

①對(duì)比圖8-3-2

熱敏探測(cè)器的響應(yīng)速度較低，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，但具有寬廣的、比較平坦的光譜響應(yīng)。②類型：

室溫探測(cè)器，不需冷卻，熱敏電阻、熱電偶和熱電堆，低溫探測(cè)器，需冷卻。

三、熱釋電紅外探測(cè)器

1、熱釋電效應(yīng)當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體。

43目前四十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)2、熱釋電紅外探測(cè)器的特點(diǎn)

熱釋電晶體受熱時(shí)，在垂直于其自發(fā)極化強(qiáng)度Ps的兩電極表面將產(chǎn)生數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷，兩電極間就出現(xiàn)一個(gè)與溫度變化速率dT/dt成正比的電壓：所以熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)速度比其它熱探測(cè)器快得多；它既可工作于低頻，也可工作于高頻。式中：A－電極面積；α－比例常數(shù)44目前四十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)圖8-3-2紅外探測(cè)器的兩種典型光譜響應(yīng)曲線45目前四十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)8.4超聲波與聲表面波傳感器8.4.1超聲波傳感器

一、超聲波及其性質(zhì)1、超聲波的定義

的機(jī)械波稱為超聲波。振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。高于2×Hz2、超聲波與聲波的異同相同點(diǎn)：

①傳播速度都取決于介質(zhì)的密度和介質(zhì)的彈性常數(shù)；②在兩介質(zhì)的分界面上將發(fā)生反射和折射及波型轉(zhuǎn)換。

不同點(diǎn)：

①振動(dòng)頻率高而波長(zhǎng)短，因而具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播。

②能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的一般聲波，并具有很高的穿透能力。46目前四十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)圖8-4-1聲波的頻率界限47目前四十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)二、超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。1、組成：由壓電晶片、吸收塊(阻尼塊)、保護(hù)膜等組成。2、典型結(jié)構(gòu)：圖8-4-2為直探頭，可發(fā)射和接收縱波；為斜探頭，可發(fā)射和接收橫波；為雙探頭，一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收；為水浸探頭，可浸在液體中。3、工作原理逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，以產(chǎn)生超聲波。正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。48目前四十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)圖8-4-2幾種典型超聲波探頭結(jié)構(gòu)

49目前四十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)是利用超聲波測(cè)量流速時(shí)采用的方法。三、超聲檢測(cè)方法1、透射法用兩個(gè)探頭，置于被測(cè)對(duì)象的相對(duì)兩側(cè)，一個(gè)發(fā)射超聲波，一個(gè)接收超聲波。2、反射法通常采用一個(gè)超聲波探頭，兼做超聲波發(fā)射和接收用。3、頻率法50目前五十頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)8.4.2聲表面波傳感器一、聲表面波―沿物體表面?zhèn)鞑ネ溉肷疃葴\的彈性波則稱為表面波(SAW)SAW是SurfaceAcousticWave的縮寫。二、聲表面波傳感器將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為聲表面波振蕩器振蕩頻率的變化，這樣就構(gòu)成了相應(yīng)用途的聲表面波傳感器，它是一種新型的頻率式傳感器。51目前五十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十六點(diǎn)8.5核輻射傳感器

8.5.1核輻射檢測(cè)的物理基礎(chǔ)一、放射性同位素1、同位素―原子序數(shù)相同而原子質(zhì)量不同的元素。2、核衰變―原子不是由于外來原因而自發(fā)地產(chǎn)生核結(jié)構(gòu)變化。

式中a0、a：分別為初始時(shí)與經(jīng)過時(shí)間t秒后的原子核數(shù)，λ：衰變常數(shù)

4、半衰期（一種習(xí)慣用法）3、放射性同位素―具有核衰變性質(zhì)的同位素。其衰變規(guī)律為：

最常用的放射性同位素有20種，其λ及τ都是不同的，τ最大的達(dá)5720年，最