傳感器技術(shù) 課件 第11章 輻射式傳感器

第11章

核輻射傳感器11.1紅外傳感器紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，人、動(dòng)物、植物、火、水都有熱輻射，只是波長(zhǎng)不同；溫度越高輻射紅外線(xiàn)越多，輻射能越強(qiáng)。紅外輻射俗稱(chēng)紅外線(xiàn)，是一種不可見(jiàn)光，其光譜位于可見(jiàn)光中紅色以外，所以稱(chēng)紅外線(xiàn)，波長(zhǎng)約0.75～1000μm。11.1.1紅外傳感器-工作原理紅外傳感器通常由多個(gè)主要組件組成：紅外光源、光學(xué)透鏡或窗口、光電元件、信號(hào)處理電路等，如圖所示:其中光電元件的紅外傳檢測(cè)器是核心部分，通過(guò)熱釋電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)“光—熱—電”的轉(zhuǎn)換，也是紅外傳感器工作的核心原理所在。紅外線(xiàn)熱、光電能11.1.2紅外傳感器-應(yīng)用紅外傳感器按應(yīng)用可分為：熱成像遙感技術(shù)；紅外搜索(跟蹤目標(biāo)、確定位置)、通訊；紅外輻射測(cè)量；紅外測(cè)距、測(cè)溫等。自動(dòng)門(mén)當(dāng)沒(méi)有物體靠近傳感器時(shí)，發(fā)射器發(fā)射的紅外光束會(huì)遇到接收器，產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；當(dāng)有物體靠近傳感器時(shí)，物體會(huì)反射紅外光束，這個(gè)反射的光束被接收器檢測(cè)到，導(dǎo)致接收器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)變化。11.1.2紅外傳感器-應(yīng)用紅外測(cè)溫物體在高于絕對(duì)零度時(shí)會(huì)發(fā)射紅外輻射，紅外測(cè)溫儀中的紅外檢測(cè)器檢測(cè)到這些輻射并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)隨后被放大和數(shù)字化，經(jīng)過(guò)微處理器根據(jù)物體的發(fā)射率和環(huán)境因素調(diào)整后計(jì)算出準(zhǔn)確的溫度值。最終，處理過(guò)的溫度數(shù)據(jù)顯示在測(cè)溫儀的屏幕上，使用戶(hù)能非接觸地迅速讀取物體表面的溫度。11.2核輻射傳感器——核輻射的特性放射性物質(zhì)中的不穩(wěn)定原子核自發(fā)性地經(jīng)歷核變化的過(guò)程叫作衰變，這個(gè)過(guò)程通常伴隨著粒子或輻射的釋放，這些釋放出來(lái)的粒子流稱(chēng)之為核輻射。測(cè)量技術(shù)常用的三種核輻射源：α射線(xiàn)、β射線(xiàn)和γ射線(xiàn)。α射線(xiàn)，帶正電的高速粒子流；β射線(xiàn)，帶正電的高速粒子流；γ射線(xiàn)，一種光子流，不帶電，以光速運(yùn)動(dòng)。核輻射檢測(cè)器是核輻射傳感器的重要組成部分。其工作原理是不同類(lèi)型的核輻射與檢測(cè)器中的物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生特定的電信號(hào)，這些電信號(hào)可以被用來(lái)測(cè)量和分析以確定輻射的性質(zhì)、能量和強(qiáng)度。常見(jiàn)的核輻射檢測(cè)器包括：Geiger-Müller計(jì)數(shù)器、閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器、同位素檢測(cè)器等。11.2核輻射傳感器——Geiger-Müller計(jì)數(shù)器Geiger-Müller（蓋革-米勒）計(jì)數(shù)器是一種廣泛用于檢測(cè)核輻射的檢測(cè)器，如圖所示，它包括一個(gè)封閉的管狀檢測(cè)器（金屬管），內(nèi)部充滿(mǎn)氣體（通常是氬氣和氮?dú)獾幕旌衔铮?，在管狀檢測(cè)器的一側(cè)是輻射粒子進(jìn)入窗口，另一側(cè)是金屬絲。正常情況下，金屬絲正極與金屬壁負(fù)極之間有略低于惰性氣體的擊穿電壓，因此管內(nèi)氣體不放電。當(dāng)核輻射粒子以高速狀態(tài)進(jìn)入管中，它們與氣體相互作用，引發(fā)氣體電離，產(chǎn)生電子-離子對(duì)。這些電子-離子對(duì)受到電場(chǎng)的影響，產(chǎn)生電流，形成電脈沖，每個(gè)脈沖代表一次核輻射事件，可以被計(jì)數(shù)器記錄，從而確定輻射水平。11.2核輻射傳感器——閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器如圖所示，由光電檢測(cè)器、電子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幾個(gè)主要部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的閃爍材料是其中的核心部分，它與入射核輻射相互作用并發(fā)出可見(jiàn)光或紫外光閃爍，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流或電壓信號(hào)；電子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和數(shù)字化；光電檢測(cè)器外殼用于防止外部輻射干擾；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于記錄和分析閃爍信號(hào)，提供有關(guān)核輻射性質(zhì)、能量和強(qiáng)度的信息。11.2核輻射傳感器——應(yīng)用核輻射厚度計(jì)

11.2核輻射傳感器——應(yīng)用如下圖所示，是透射法厚度計(jì)，這種厚度計(jì)將被測(cè)材料位于放射源和傳感器之間。不同的放射源和不同的材料對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)度和吸收系數(shù)不同，放射源常用的β射線(xiàn)或γ射線(xiàn)從源穿過(guò)被測(cè)材料后被傳感器吸收。傳感器測(cè)量透射輻射的強(qiáng)度，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)材料厚度的輸出電流，電流信號(hào)經(jīng)放大后可以計(jì)算出材料的厚度并顯示在儀表上。透射法厚度計(jì)通常用于金屬、紙張、塑料和其他材料的厚度測(cè)量。11.2核輻射傳感器——應(yīng)用輻射式物位計(jì)輻射式物位計(jì)是一種用于測(cè)量容器中液體液位、粉末或顆粒物料料位的設(shè)備。它利用輻射源和檢測(cè)器