王介生檢測技術輻射與波式傳感器

1、檢檢 測測 技技 術術電子與信息工程學院電子與信息工程學院主講人：王介生主講人：王介生檢測技術檢測技術10.110.1 紅外傳感器紅外傳感器10.210.2 微波傳感器微波傳感器10.310.3 超聲波傳感器超聲波傳感器10.410.4 習題習題第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.1 10.1 紅外傳感器紅外傳感器工作原理工作原理紅外輻射紅外輻射 紅外輻射俗稱紅外線，它是一種紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光不可見光， 由于是位由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線

2、。它的波長范圍大致在圍大致在0.760.761000 m1000 m。 工程上又把紅外線所占據(jù)的波工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分，段分為四部分， 即即近紅外、中紅外、近紅外、中紅外、 遠紅外和極遠紅外遠紅外和極遠紅外。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器電磁波譜圖電磁波譜圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.1 10.1 紅外傳感器紅外傳感器紅外輻射紅外輻射o 紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高于于絕對零度（絕對零度（273），就會向外部空間以紅外

3、線的方式，就會向外部空間以紅外線的方式輻射能量，一個物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻輻射能量，一個物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射這種形式來實現(xiàn)的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線射這種形式來實現(xiàn)的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。另一方面，紅外線被物體吸收后越多，輻射的能量就越強。另一方面，紅外線被物體吸收后可以轉化成熱能?？梢赞D化成熱能。 （光譜中最大光熱效應區(qū)光譜中最大光熱效應區(qū)）o 紅外線作為紅外線作為電磁波電磁波的一種形式，紅外輻射和所有的電磁波的一種形式，紅外輻射和所有的電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，具有電磁波的一般一樣，是以波的形

4、式在空間直線傳播的，具有電磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。紅外線在真空特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。紅外線在真空中傳播的速度等于波的頻率與波長的乘積中傳播的速度等于波的頻率與波長的乘積 。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外輻射紅外輻射o 大氣層對不同波長的紅外線存在不同的吸收帶，紅外線大氣層對不同波長的紅外線存在不同的吸收帶，紅外線在通過大氣層時，有三個波段透過率高，它們是在通過大氣層時，有三個波段透過率高，它們是22.6m、35 m和和814 m，統(tǒng)稱它們?yōu)?，統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱诖髿獯翱凇?。這三個波段對紅外探測技術特別重要，因此

5、紅外探。這三個波段對紅外探測技術特別重要，因此紅外探測器一般都工作在這三個波段（大氣窗口）之內(nèi)。測器一般都工作在這三個波段（大氣窗口）之內(nèi)。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外傳感器一般由紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)、 探測器探測器、信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路及顯示單元及顯示單元等組成。等組成。 紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應來探測紅外輻射的。外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為紅外探測器的種類很

6、多，按探測機理的不同，分為熱探測器熱探測器和和光子探測器光子探測器兩大類。兩大類。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外探測器紅外探測器檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外探測器紅外探測器 能能將紅外輻射能轉換為電能將紅外輻射能轉換為電能的裝置稱為的裝置稱為紅外傳感器紅外傳感器，按，按其工作原理可以分為其工作原理可以分為光敏型光敏型（或稱光子型、量子型）和（或稱光子型、量子型）和熱敏熱敏型型兩類。兩類。 光敏型光敏型直接把紅外光能轉換為電能直接把紅外光能轉換為電能，其工作原理是光電效應。需要在低溫下工其工作原理是光電效應。需要

7、在低溫下工作、靈敏度很高，響應速度快，但響應紅作、靈敏度很高，響應速度快，但響應紅外光的波長范圍較窄（圖中曲線外光的波長范圍較窄（圖中曲線2）。）。紅外傳感器光譜紅外傳感器光譜響應曲線響應曲線 熱敏型將熱敏型將吸收的紅外光轉變?yōu)闊崮芪盏募t外光轉變?yōu)闊崮埽蛊骷陨淼臏囟劝l(fā)生變化，包括熱電使器件自身的溫度發(fā)生變化，包括熱電偶式、電阻式和熱釋電式等。熱敏型紅偶式、電阻式和熱釋電式等。熱敏型紅外傳感器響應的紅外光譜范圍寬，（圖外傳感器響應的紅外光譜范圍寬，（圖中的曲線中的曲線1），能在常溫下工作，價格便），能在常溫下工作，價格便宜。它的響應速度和靈敏度較低。宜。它的響應速度和靈敏度較低。 熱探測器

8、的工作機理熱探測器的工作機理是：利用紅外輻射的熱效應，探是：利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些有關物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量物理參數(shù)的變化來有關物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。確定探測器所吸收的紅外輻射。 特點：特點：熱探測器主要優(yōu)點是響應波段寬，熱探測器主要優(yōu)點是響應波段寬， 響應范圍可響應范圍可擴展到整個紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便，擴展到整個紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便， 應應用相當廣泛。但與光子探測器相比，熱探測器的探測率比用相當廣泛。

9、但與光子探測器相比，熱探測器的探測率比光子探測器的峰值探測率低，響應時間長。光子探測器的峰值探測率低，響應時間長。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 1. 熱探測器熱探測器 熱探測器主要有四類：熱探測器主要有四類：熱釋電型熱釋電型、熱敏電阻型、熱敏電阻型、熱電阻型熱電阻型和氣體型和氣體型。其中，熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高，。其中，熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高， 頻率響應最寬，所以這種探測器倍受重視，發(fā)展很快。這里我頻率響應最寬，所以這種探測器倍受重視，發(fā)展很快。這里我們主要介紹熱釋電型探測器。們主要介紹熱釋電型探測器。 檢測技術檢測技術第第10

10、10章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 1. 熱探測器熱探測器熱釋電效應：熱釋電效應：電石、水晶、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等晶體受熱電石、水晶、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等晶體受熱產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自然極化，產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自然極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應。在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應?！拌F電體鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關。當紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起關。當紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高，使其極化強度降低，表面電荷減少，這相

11、當薄片溫度升高，使其極化強度降低，表面電荷減少，這相當于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，則負載電阻上便產(chǎn)如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，則負載電阻上便產(chǎn)生一個電信號輸出。輸出信號的強弱取決于薄片溫度變化的生一個電信號輸出。輸出信號的強弱取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強弱，熱釋電型紅外傳快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強弱，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應率正比于入射光輻射率變化的速率。感器的電壓響應率正比于入射光輻射率變化的速率。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感

12、器熱釋電型探測器熱釋電型探測器檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器熱釋電型探測器熱釋電型探測器 光子探測器的工作機理光子探測器的工作機理是：利用入射光輻射的光子流是：利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起光子效應。態(tài)，引起光子效應。根據(jù)光子效應制成的紅外探測器稱為光子探測器。根據(jù)光子效應制成的紅外探測器稱為光子探測器。通過光子探測器測量材料電子性質(zhì)的變化，可以確定通過光子探測器測量材料電子性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。紅外輻射的強弱。 檢測技術檢測技術第第1010章章

13、 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 2. 光子探測器光子探測器檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.1 10.1 紅外傳感器紅外傳感器 以以紅外線為測量介質(zhì)紅外線為測量介質(zhì)的系統(tǒng)稱為紅外傳感系統(tǒng)，按照的系統(tǒng)稱為紅外傳感系統(tǒng)，按照功能可以分成五類：功能可以分成五類：（1）溫度計和輻射計溫度計和輻射計，用于溫度、輻射和光譜測量；，用于溫度、輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；其空間位置并對它的運動進行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分

14、布圖像；，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)混合系統(tǒng)，由以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個組合，由以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個組合而成。而成。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器典型的紅外傳感系統(tǒng)典型的紅外傳感系統(tǒng) （3）光學接收器光學接收器：接收部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當：接收部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線，常用的是物鏡。于雷達天線，常用的是物鏡。 （4）輻射調(diào)制器輻射調(diào)制器：將來自待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光，：將來自待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并且可以

15、濾除大面積的干擾信號。又稱提供目標方位信息，并且可以濾除大面積的干擾信號。又稱調(diào)制盤和斬波器。調(diào)制盤和斬波器。 （1）待側目標待側目標：具有紅外：具有紅外輻射特性。輻射特性。（2）大氣衰減大氣衰減：由于各種：由于各種氣體分子以及溶膠粒氣體分子以及溶膠粒的散射和吸收，使待的散射和吸收，使待測目標發(fā)出的紅外輻測目標發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。射發(fā)生衰減。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器典型的紅外傳感系統(tǒng)典型的紅外傳感系統(tǒng) （5）紅外探測器紅外探測器：它是紅外傳感系統(tǒng)的核心，利用紅外輻射：它是紅外傳感系統(tǒng)的核心，利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻

16、射，與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻射，按照工作原理分為光敏探測器和熱敏探測器兩類。按照工作原理分為光敏探測器和熱敏探測器兩類。 （6）探測器制冷器探測器制冷器：由于某些探測器必須要在低溫下工作，：由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。經(jīng)過制冷，探測器可所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。經(jīng)過制冷，探測器可以縮短響應時間，提高靈敏度。以縮短響應時間，提高靈敏度。 （7）信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)：將探測的信號進行放大、濾波，并從中：將探測的信號進行放大、濾波，并從中提取出有用的信息。然后將這些信息轉化為適當?shù)母袷剑崛〕鲇杏玫男畔?。然后將這些信息轉化為適當?shù)母袷剑?/p>

17、傳送到控制設備或者顯示器中。傳送到控制設備或者顯示器中。 （8）顯示設備顯示設備：它是紅外傳感系統(tǒng)的終端設備，常用的有示：它是紅外傳感系統(tǒng)的終端設備，常用的有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外探測制導空導彈紅外攝像紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外測溫紅外報警紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用1. 紅外測溫儀紅外測溫儀檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感

18、器輻射與波式傳感器 紅外測溫是目前較先進的測溫方法，特點有：紅外測溫是目前較先進的測溫方法，特點有：1.1.遠距離、非接觸測量，適應于高速、帶電、高溫、高壓；遠距離、非接觸測量，適應于高速、帶電、高溫、高壓；2.2.反映速度快，不需要達到熱平衡過程，反映時間在反映速度快，不需要達到熱平衡過程，反映時間在ss量級；量級；3.3.靈敏度高，輻射能與溫度靈敏度高，輻射能與溫度T T成正比；成正比；4.4.準確度高，可達準確度高，可達0.10.1內(nèi)；內(nèi)；5.5.應用范圍廣泛，應用范圍廣泛，0 0下上千度。下上千度。紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用1. 紅外測溫儀紅外測溫儀 紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅

19、外波段的輻射通量來紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。測量溫度的。 當物體的溫度低于當物體的溫度低于1000時，它向外輻射時，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。溫度。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 濾光片濾光片采用允許在采用允許在8 814m14m的紅外輻射能通的紅外輻射能通過的材料，步進電機帶動過的材料，步進電機帶動調(diào)制盤調(diào)制盤轉動，將被測的紅轉動，將被測的紅外

20、輻射調(diào)制成交變的紅外外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射線，透鏡焦點落在輻射線，透鏡焦點落在紅紅外光敏面外光敏面上，被測目標的上，被測目標的紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外探測器上，并將紅外紅外探測器上，并將紅外輻射變換為電信號。輻射變換為電信號。 例例1 1：紅外測溫：紅外測溫 （0-7000-700）紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器例例2 2：紅外熱成像：紅外熱成像 紅外熱像儀紅外熱像儀將紅外輻射轉換成可見光進行顯示，利用物體自將紅外輻射轉換成可見光進行顯示，利用物體自身的紅外輻射來攝取物體熱輻射圖像。它能通過快速掃描

21、，精確身的紅外輻射來攝取物體熱輻射圖像。它能通過快速掃描，精確的攝取反映被測物體溫差信息的熱圖像。的攝取反映被測物體溫差信息的熱圖像。紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器熱像技術應用熱像技術應用：溫度分布檢測、飛行器表面溫度檢測、：溫度分布檢測、飛行器表面溫度檢測、無損探測、安全生產(chǎn)監(jiān)控、夜間機場狀況檢測、海岸線檢測、臨無損探測、安全生產(chǎn)監(jiān)控、夜間機場狀況檢測、海岸線檢測、臨床醫(yī)學、軍事等。床醫(yī)學、軍事等。防爆型紅外熱像儀防爆型紅外熱像儀 用于探測地面和井下煤堆自燃溫度。用于探測地面和井下煤堆自燃溫度。 礦用本質(zhì)安全型紅外成像生命探

22、測儀礦用本質(zhì)安全型紅外成像生命探測儀 用于井下人員搜救、探測隱性火區(qū)分布、探測用于井下人員搜救、探測隱性火區(qū)分布、探測瞎炮位置分布、采煤機組與液壓支架實時工作瞎炮位置分布、采煤機組與液壓支架實時工作狀態(tài)、探測井下各種開關、接頭、變壓器的事狀態(tài)、探測井下各種開關、接頭、變壓器的事故隱患、各種電器及傳動設備的發(fā)熱狀態(tài)等。故隱患、各種電器及傳動設備的發(fā)熱狀態(tài)等。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外熱像儀應用紅外熱像儀應用 貯存罐液位檢測貯存罐液位檢測內(nèi)部屋頂檢查內(nèi)部屋頂檢查 微觀電路檢測微觀電路檢測 塑料擠壓過程塑料擠壓過程 溫度檢測溫度檢測 檢測技術檢測技術第第

23、1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外熱像儀應用紅外熱像儀應用 總線節(jié)點發(fā)熱檢測總線節(jié)點發(fā)熱檢測 耐火材料設備檢測耐火材料設備檢測 電腦主板發(fā)熱量分布電腦主板發(fā)熱量分布 瀝青鋪路溫度分布瀝青鋪路溫度分布 2. 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀 紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進行分析的。不同氣體其吸收波段收的特性來對氣體成分進行分析的。不同氣體其吸收波段（吸收帶）不同，從圖中可以看出，（吸收帶）不同，從圖中可以看出，CO氣體對波長為氣體對波長為4.65 m附近的紅外線具有很強的吸收能力，附近的紅外線

24、具有很強的吸收能力，CO2氣體則發(fā)生在氣體則發(fā)生在2.78 m和和4.26 m附近以及波長大于附近以及波長大于13 m的范圍對紅外線有的范圍對紅外線有較強的吸收能力。如分析較強的吸收能力。如分析CO氣體，則可以利用氣體，則可以利用4.26 m附近附近的吸收波段進行分析。的吸收波段進行分析。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用幾種氣體對紅外線的透射光譜幾種氣體對紅外線的透射光譜 100806040200透射率 / (%)100806040200透射率 / (%)100806040200透射率 / (%)23456789 10 11

25、12 13 14 15 / m23456789 10 11 12 13 14 15 / mCOCO2CH4C2H4C2H6C2H2檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出310 m的紅外線，切光片的紅外線，切光片將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線，以便于紅外線檢測將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線，以便于紅外線檢測器信號的檢測。器信號的檢測。 測量氣室中通入被分析氣體，參比氣室中封測量氣室中通入被分析氣體，參比氣室中封入不吸收紅外線的氣體（如入不吸收紅外線的氣體（如N2等）。紅外檢測器是薄膜電容等）。紅外檢測器是薄膜電

26、容型，它有兩個吸收氣室，充以被測氣體，當它吸收了紅外輻型，它有兩個吸收氣室，充以被測氣體，當它吸收了紅外輻射能量后，射能量后， 氣體溫度升高，導致室內(nèi)壓力增大。氣體溫度升高，導致室內(nèi)壓力增大。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器2. 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀 測量時（如分析測量時（如分析CO氣體的含量），兩束紅外線經(jīng)反射、切光氣體的含量），兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測量氣室和參比氣室，后射入測量氣室和參比氣室， 由于測量氣室中含有一定量的由于測量氣室中含有一定量的CO氣氣體，該氣體對體，該氣體對4.65 m的紅外線有較強的吸收能力，的紅外線有較強的吸收

27、能力， 而參比氣室中而參比氣室中氣體不吸收紅外線，這樣射入紅外探測器的兩個吸收氣室的紅外線氣體不吸收紅外線，這樣射入紅外探測器的兩個吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測量邊的壓力減小，于是光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測量邊的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，薄膜偏向定片方向， 改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變了電容了電容C。如被測氣體的濃度愈大，兩束光強的差值也愈大，。如被測氣體的濃度愈大，兩束光強的差值也愈大， 則電則電容的變化量也愈大，因此電容變化量反映了被分析氣體中被測氣體容的變化量也愈大，因此電容變化量反映了被分析氣體

28、中被測氣體的濃度。的濃度。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器2. 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀結構原理圖紅外線氣體分析儀結構原理圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器為了消除干擾氣體對測量結果的影響。所謂干擾氣體，為了消除干擾氣體對測量結果的影響。所謂干擾氣體，是指與被測氣體吸收紅外線波段有部分重疊的氣體，如是指與被測氣體吸收紅外線波段有部分重疊的氣體，如CO氣體和氣體和CO2在在45 m波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則CO2的存在對分析的存在對分析CO氣體帶來影響，這種影響稱

29、為干擾。氣體帶來影響，這種影響稱為干擾。為此在測量邊和參比邊各設置了一個封有干擾氣體的濾波氣為此在測量邊和參比邊各設置了一個封有干擾氣體的濾波氣室，它能將與室，它能將與CO2氣體對應的紅外線吸收波段的能量全部吸氣體對應的紅外線吸收波段的能量全部吸收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測氣體收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測氣體（如（如CO）的濃度有關。）的濃度有關。 設置濾波氣室的目的設置濾波氣室的目的檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.2 微波傳感器微波傳感器o 微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì)

30、性質(zhì)o 微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置理量的器件或裝置o 微波傳感器是一種新型非接觸式測量傳感微波傳感器是一種新型非接觸式測量傳感器器 微波是波長為微波是波長為1 mm1 m的電磁波，可以細分為三個波段。的電磁波，可以細分為三個波段。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波傳感器的原理和組成微波傳感器的原理和組成o 微波特點：微波特點：n 需要定向輻射裝置；需要定向輻射裝置；n 遇到障礙物容易反射；遇到障礙物容易反射；n 繞射能力差；繞射能力差；n 傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較小傳輸特性好，

31、傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較??；n 介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水對微波的吸收作用最強。對微波的吸收作用最強。檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器原理：原理：由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測物體時將由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并將接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并將它轉換為電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被它轉換為電信號，

32、再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被測量，實現(xiàn)了微波檢測。測量，實現(xiàn)了微波檢測。 分類：分類：分為反射式和遮斷式兩類。分為反射式和遮斷式兩類。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 微波傳感器的測量原理及分類微波傳感器的測量原理及分類 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檢測被測物反射回來的微波功檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔率或經(jīng)過的時間間隔來測量被測量的。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(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檢測接收天線收到的微波功率檢測接收天線收到的微波功率大小大小來

33、判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度、 含水量等參數(shù)的。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 微波傳感器的分類微波傳感器的分類 微波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、微波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、 微微波天線及微波檢測器三部分組成。波天線及微波檢測器三部分組成。 1. 微波發(fā)生器微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，即頻率很高是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，即頻率很高（300 MHz300 GHz），要求振蕩回路中具有非常微小的），要求振蕩回路中具有非常微小的電感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構成微波振電

34、感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構成微波振蕩器。蕩器。 構成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固構成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應管。態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應管。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 微波傳感器的組成微波傳感器的組成 由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號通過天線發(fā)射出去。為了由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結構。使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結構。常用的天線有喇叭形、常用的天線有喇叭形、 拋物面形、拋物面形

35、、 介質(zhì)天線與隙縫天線等。介質(zhì)天線與隙縫天線等。 喇叭形天線結構簡單，制造方便，可以看作是波導管的喇叭形天線結構簡單，制造方便，可以看作是波導管的延續(xù)。喇叭形天線在波導管與空間之間起匹配作用，可以獲延續(xù)。喇叭形天線在波導管與空間之間起匹配作用，可以獲得最大能量輸出。得最大能量輸出。拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器2、微波天線微波天線 常用的微波天線常用的微波天線扇形喇叭天線扇形喇叭天線; (b) 圓錐形喇叭天線圓錐形喇叭天線; (c) 旋轉拋物面天線旋轉拋物面天線; (d) 拋物柱面天線

36、拋物柱面天線 (a)(b)(c)(d)檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器2、微波天線微波天線 電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。與其它傳感器相比，與其它傳感器相比， 敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必須有足夠快的響應速度。須有足夠快的響應速度。作為非線性的電子元件可用種類較多（半導體作為非線性的電子元件可用種類較多（半導體PN結元結元件、隧道結元件等），根據(jù)使用情形選用。件、隧道

37、結元件等），根據(jù)使用情形選用。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 3. 微波檢測器微波檢測器一種新型的非接觸傳感器。一種新型的非接觸傳感器。 有極寬的頻譜（波長有極寬的頻譜（波長=1.0 mm1.0m）可供選用，可根）可供選用，可根據(jù)被測對象的特點選擇不同的測量頻率；據(jù)被測對象的特點選擇不同的測量頻率； 在煙霧、在煙霧、 粉塵、粉塵、 水汽、水汽、 化學氣氛以及高、化學氣氛以及高、 低溫環(huán)境低溫環(huán)境中對檢測信號的傳播影響極小，中對檢測信號的傳播影響極小， 因此可以在惡劣環(huán)境下工作；因此可以在惡劣環(huán)境下工作； 時間常數(shù)小，時間常數(shù)小， 反應速度快，反應速度快，

38、可以進行動態(tài)檢測與實可以進行動態(tài)檢測與實時處理，時處理， 便于自動控制；便于自動控制； 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波傳感器的特點微波傳感器的特點 測量信號本身就是電信號，無須進行非電量的轉換，測量信號本身就是電信號，無須進行非電量的轉換， 從而簡化了傳感器與微處理器間的接口。從而簡化了傳感器與微處理器間的接口。傳輸距離遠，便于實現(xiàn)遙測和遙控；傳輸距離遠，便于實現(xiàn)遙測和遙控； 微波無顯著輻射公害。微波無顯著輻射公害。 缺點：缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚未得到很好的解決。未得到很好的解決。 其次

39、，其次， 測量環(huán)境對測量結果影響大，測量環(huán)境對測量結果影響大， 如溫度、如溫度、 氣壓、氣壓、 取樣位置等。取樣位置等。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波傳感器的特點微波傳感器的特點 微波傳感器的應用微波傳感器的應用 微波發(fā)射天線Sd微波接收天線 微波液位計微波液位計檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 水分子是極性分子。水分子是極性分子。當微波場中有水分子時，偶極子受場的作用而反復取向，不當微波場中有水分子時，偶極子受場的作用而反復取向，不斷從電場中得到能量（儲能），又不斷釋放能量（放能），前者斷從電場中得到能量（儲能），又

40、不斷釋放能量（放能），前者表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。 這個特性可用這個特性可用水分子自身介電常數(shù)水分子自身介電常數(shù)來表征，來表征， 即即 =+ 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波濕度傳感器微波濕度傳感器 與與不僅與材料有關，還與測試信號頻率有關不僅與材料有關，還與測試信號頻率有關, 所有極所有極性分子均有此特性。一般干燥的物體，其性分子均有此特性。一般干燥的物體，其在在15范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， 而水的而水的則高達則高達64， 因此如果材料中含有少量水分子時，其因此如果材料中含有少量水分子時，其復合復合將顯

41、著上升，將顯著上升， 也有類似性質(zhì)。也有類似性質(zhì)。 使用微波傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物使用微波傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物體所引起的微波信號的相移與衰減量，體所引起的微波信號的相移與衰減量， 就可以換算出物體的就可以換算出物體的含水量。含水量。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波濕度傳感器微波濕度傳感器 酒精含水量測量儀框圖酒精含水量測量儀框圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波濕度傳感器微波濕度傳感器 任何物體，當它的溫度高于環(huán)境溫度時，都能夠向外輻射任何物體，當它的溫度高于環(huán)境溫度時，都能夠向

42、外輻射熱能。微波輻射計能測量對象的溫度。普朗克公式在微波領熱能。微波輻射計能測量對象的溫度。普朗克公式在微波領域可近似為域可近似為 042( , )ckTeT檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波輻射計（溫度傳感器）微波輻射計（溫度傳感器） 微波溫度傳感器原理框圖微波溫度傳感器原理框圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波輻射計（溫度傳感器）微波輻射計（溫度傳感器） 微波溫度傳感器最有價值的應用是微波遙測，將微波溫度傳感器最有價值的應用是微波遙測，將它裝在航天器上，可以遙測大氣對流層的狀況，可以它裝在航天器上，可以遙測大氣對流層

43、的狀況，可以進行大地測量與探礦，可以遙測水質(zhì)污染程度，確定進行大地測量與探礦，可以遙測水質(zhì)污染程度，確定水域范圍，判斷植物品種等。水域范圍，判斷植物品種等。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波輻射計（溫度傳感器）微波輻射計（溫度傳感器）微波無損檢測儀微波無損檢測儀檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波物位計微波物位計檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器微波定位傳感器微波定位傳感器檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播波動（簡稱波）：

44、振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在聲波：其頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機械波之間，能為人耳所聞的機械波次聲波：低于次聲波：低于16 Hz的機械波的機械波超聲波：高于超聲波：高于2104 Hz的機械波的機械波微波：頻率在微波：頻率在310831011 Hz之間的波之間的波檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.3 超聲波傳感器超聲波傳感器超聲波工作原理超聲波工作原理聲波的頻率界限圖聲波的頻率界限圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.3 超聲波傳感器超聲波傳感器101102103104105106107f /

45、Hz微波探測超聲波語言音樂聲波次聲波0.2510620106檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器10.3 超聲波傳感器超聲波傳感器 超聲波技術超聲波技術 是以物理、電子、機械及材料學為基礎的通用技術是以物理、電子、機械及材料學為基礎的通用技術; ; 通過超聲波的產(chǎn)生傳播接受等物理過程完成。通過超聲波的產(chǎn)生傳播接受等物理過程完成。 超聲波傳感器主要功能是產(chǎn)生、接收超聲波信號。超聲波傳感器主要功能是產(chǎn)生、接收超聲波信號。 根據(jù)超聲波的各種物理特性，使它在檢測技術中獲得廣泛根據(jù)超聲波的各種物理特性，使它在檢測技術中獲得廣泛應用。如：超聲波測距、測厚、測流量、無損探傷、超

46、聲應用。如：超聲波測距、測厚、測流量、無損探傷、超聲成像。成像。超聲波的波型超聲波的波型 o 縱波縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的 波，稱為縱波。它能在波，稱為縱波。它能在固體、液體和氣體固體、液體和氣體中傳播；中傳播； o 橫波橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。它只能在它只能在固體固體中傳播；中傳播； o 表面波表面波質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)髻|(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S深度增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面播，振幅隨深度增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面波質(zhì)點振

47、動的軌跡是橢圓形（其長軸垂直于傳播方向，短波質(zhì)點振動的軌跡是橢圓形（其長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著固體的表面固體的表面?zhèn)鞑?。傳播?檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波的傳播速度超聲波的傳播速度 縱波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)縱波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播縱波，其中氣體中的聲速為縱波，其中氣體中的聲速為344m/s344m/s，液體中聲速，液體中聲速在在9009001900m/s1900m/s。

48、在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關系，通?？烧J為橫波聲速為縱波聲速的一一定關系，通?？烧J為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的半，表面波聲速約為橫波聲速的9090。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波的特點超聲波的特點檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 以以非接觸方式非接觸方式工作，特別適用于防爆、放射性、醫(yī)學工作，特別適用于防爆、放射性、醫(yī)學等領域應用，也更容易安裝和維護。等領域應用，也更容易安裝和維護。u 頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象??；頻率高、波長短、繞射現(xiàn)

49、象小；u 方向性好方向性好、能夠成為射線而定向傳播；、能夠成為射線而定向傳播；u 對液體、固體的對液體、固體的穿透本領很大穿透本領很大，在陽光不透明的固體中，在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。它可穿透幾十米的深度。u 碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射式回波反射式回波，碰，碰到活動物體能產(chǎn)生到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應；多普勒效應；u 傳播速度取決于媒質(zhì)，與超聲波頻率無關。傳播速度取決于媒質(zhì)，與超聲波頻率無關。超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射 超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射 21sinsincc檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式

50、傳感器輻射與波式傳感器o介 質(zhì) 1介 質(zhì) 2折 射 波反 射 波入 射 波超聲波的衰減超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關吸收等因素有關。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律滿足以。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關系：下函數(shù)關系：xxeII20 xxePP0式中式中: : xP、 xI 聲波在距聲源聲波在距聲源x x處的聲壓和聲強；處的聲壓和聲強； 0P、 0I 聲波在聲源處的聲壓和聲強；聲波在聲源處的聲壓和聲強； x 聲波與聲源間的距離；聲

51、波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)。衰減系數(shù)。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波的衰減超聲波的衰減 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 聲波在介質(zhì)中傳播時，能量的衰減決定于聲波的聲波在介質(zhì)中傳播時，能量的衰減決定于聲波的擴散、散擴散、散射和吸收。射和吸收。 聲波的擴散聲波的擴散：隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。：隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。 散射衰減散射衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時，固體介質(zhì)中的顆粒界：超聲波在介質(zhì)中傳播時，固體介質(zhì)中的顆粒界面或流體介質(zhì)中的懸浮粒子使聲波產(chǎn)生散射，其中一部分聲能面或流體介質(zhì)中的懸浮粒子

52、使聲波產(chǎn)生散射，其中一部分聲能不再沿原來傳播方向運動，而形成散射。散射衰減與散射粒子不再沿原來傳播方向運動，而形成散射。散射衰減與散射粒子的形狀、尺寸、數(shù)量、的形狀、尺寸、數(shù)量、 介質(zhì)的性質(zhì)和散射粒子的性質(zhì)有關。介質(zhì)的性質(zhì)和散射粒子的性質(zhì)有關。 吸收衰減吸收衰減：由于介質(zhì)粘滯性，使超聲波在介質(zhì)中傳播時造：由于介質(zhì)粘滯性，使超聲波在介質(zhì)中傳播時造成質(zhì)點間的內(nèi)摩擦，從而使一部分聲能轉換為熱能，通過熱傳成質(zhì)點間的內(nèi)摩擦，從而使一部分聲能轉換為熱能，通過熱傳導進行熱交換，導致聲能的損耗。導進行熱交換，導致聲能的損耗。 壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器 壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理

53、壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理來工作的。來工作的。o 壓電式超聲波發(fā)生器壓電式超聲波發(fā)生器是利用是利用逆壓電效應逆壓電效應的原理將高頻電振的原理將高頻電振動轉換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電動轉換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最強。生的超聲波最強。 o 壓電式超聲波接收器壓電式超聲波接收器是利用是利用正壓電效應正壓電效應原理進行工作的。原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上時引起晶片伸縮，在晶片的兩當超聲波作用到壓電晶片上時引起晶片伸縮，在

54、晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉換成電壓個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 壓電式超聲波傳感器結構圖壓電式超聲波傳感器結構圖 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器 主要由壓電晶片、吸收塊主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護膜、引線（阻尼塊）、保護膜、引線等組成。等組成。 壓電晶片多為圓壓電晶片多為圓板形，板形， 厚度為厚度為。超聲波。超聲波頻率

55、頻率f f與其厚度與其厚度成反比。成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導電的極板。作導電的極板。 阻尼塊的阻尼塊的作用是降低晶片的機械品質(zhì)，作用是降低晶片的機械品質(zhì)， 吸收聲能量。吸收聲能量。 如果沒有阻如果沒有阻尼塊，當激勵的電脈沖信號尼塊，當激勵的電脈沖信號停止時，停止時， 晶片將會繼續(xù)振晶片將會繼續(xù)振蕩，蕩， 加長超聲波的脈沖寬加長超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。度，使分辨率變差。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波壓電陶瓷片的形式超聲波壓電陶瓷片的形式 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波傳

56、感器的形式超聲波傳感器的形式 磁致伸縮式超聲波傳感器磁致伸縮式超聲波傳感器 磁致伸縮式超聲波傳感器是利用鐵磁材料的磁致伸縮磁致伸縮式超聲波傳感器是利用鐵磁材料的磁致伸縮效應原理來工作的。效應原理來工作的。o 磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。聲波。o 磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導致它的內(nèi)部磁場（伸縮材料上時，引起材料伸縮

57、，從而導致它的內(nèi)部磁場（即導磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上即導磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應電動勢。此電勢送到測量電路，所繞的線圈里便獲得感應電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。最后記錄或顯示出來。 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器n各種場合的距離測量；各種場合的距離測量； n生產(chǎn)線上的工件計數(shù)；生產(chǎn)線上的工件計數(shù)； n接近開關；接近開關； n倒車報警裝置；倒車報警裝置； n機器人自動避障裝置；

58、機器人自動避障裝置； n超聲波液位超聲波液位/物位計；物位計； n自動門開關裝置；自動門開關裝置； n液體、氣體的濃度和流量檢測；液體、氣體的濃度和流量檢測；n超聲波清洗；超聲波清洗；n超聲波霧化；超聲波霧化；n探傷、測厚、測密度；探傷、測厚、測密度； n醫(yī)療器械、美容儀、按摩儀醫(yī)療器械、美容儀、按摩儀 超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器各種超聲波測厚傳感器各種超聲波測厚傳感器超聲波測流量超聲波測流量 超聲波頻譜分析超聲波頻譜分析 超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式

59、傳感器超聲波探傷傳感器醫(yī)學超聲波檢測 超聲波測液位 超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用超聲波測厚超聲波測厚檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器 常用常用脈沖回波法脈沖回波法。超聲波探頭與被測物體表面接觸，主控制器。超聲波探頭與被測物體表面接觸，主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，脈沖波傳到被測工件的另一面被反射回產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，脈沖波傳到被測工件的另一面被反射回來，被同一探頭接收。如果超聲波在工件中的聲速來，被同一探頭接收。如果超聲波在工件中的聲速v是已知的，設是已知的，設工件厚度為工件厚度為d，脈沖波從發(fā)射到接收的時間間隔為，脈沖波從發(fā)射到接收的時間間隔為

60、t，則工件的厚，則工件的厚度為：度為：dvt/2超聲波測物位超聲波測物位(d)(d) (c)(c) (b)(b) (a)(a) 幾種超聲波檢測物位工作原理幾種超聲波檢測物位工作原理 檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器超聲波測物位超聲波測物位檢測技術檢測技術第第1010章章 輻射與波式傳感器輻射與波式傳感器2tvh超聲波測物位超聲波測物位 ：通過測量發(fā)射和接收信號之間的時間差測通過測量發(fā)射和接收信號之間的時間差測距離。距離。包括液位測量、固體料位測量、固液分界面測量包括液位測量、固體料位測量、固液分界面測量以及液液分界面測量和液體有無測量等。以及液液分界面測量和液