其他傳感器第三詳解演示文稿

其他傳感器第三版詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)優(yōu)選其他傳感器第三版當(dāng)前第2頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)2.超聲波的傳播性質(zhì)超聲波的傳播速度取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。當(dāng)超聲波以一定的入射角從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)稱為反射波；另一部分能量則透過(guò)分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為折射波，如圖11-1所示。超聲波的衰減示意圖為吸收系數(shù)；為介質(zhì)的厚度

當(dāng)前第3頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)二、超聲波傳感器由發(fā)送傳感器和接收傳感器兩部分組成，在超聲波檢測(cè)中成對(duì)使用。

1.發(fā)送傳感器發(fā)送傳感器由發(fā)送電源與換能器組成，發(fā)送電源是提供高頻電流或電壓的電源；換能器作用是將電磁振蕩能量變換成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波并向空中幅射。換能器一般有壓電式和磁致伸縮式兩種。當(dāng)前第4頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

（1）壓電式超聲波發(fā)生器----利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成超聲頻電信號(hào)換能器壓電材料的固有頻率與壓電材料晶體切片的厚度有關(guān)

n為諧波級(jí)數(shù)，取1，2，3，……；c為超聲波在壓電材料里的傳播速度，與壓電材料的密度有關(guān)。

壓電式超聲波發(fā)送傳感器可以產(chǎn)生幾十kHz到幾十MHz的超聲波。聲強(qiáng)可達(dá)幾十W/cm2。當(dāng)前第5頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

(2)磁致伸縮超聲波發(fā)生器

-----利用某些鐵磁材料的磁致伸縮現(xiàn)象制成磁致伸縮超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率只能在幾萬(wàn)Hz以內(nèi)，但聲強(qiáng)可達(dá)幾千W/cm2。它與壓電式的發(fā)送器比較所產(chǎn)生的超聲波的頻率較低，而強(qiáng)度則大許多。鎳、鐵鈷釩合金等當(dāng)前第6頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

2、接收傳感器

接收傳感器由換能器與放大電路組成。超聲波接收器是利用超聲波發(fā)生器的逆變效應(yīng)進(jìn)行工作的。換能器接收超聲波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出。同樣，接收傳感器有壓電式和磁致伸縮式兩種。

（1）壓電式超聲波接收器當(dāng)超聲波作用到電晶體片上時(shí)，使晶片伸縮，則在晶片的兩個(gè)界面上產(chǎn)生交變電荷，這種電荷先被轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過(guò)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出結(jié)果。而實(shí)際使用中，發(fā)送傳感器的壓電陶瓷的也可以用做接收器傳感器的壓電陶瓷。

（2）磁致伸縮超聲波接收器當(dāng)超聲波作用到磁致伸縮材料上時(shí)，使磁致材料伸縮引起內(nèi)部磁場(chǎng)變化，根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再將此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)送到測(cè)量電路及記錄顯示設(shè)備。當(dāng)前第7頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)三、超聲波在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用1.超聲波探傷主要用于檢測(cè)板材、鍛件和焊接縫等材料中缺陷，也可以測(cè)量材料的厚度。

（1）穿透法探傷當(dāng)工件內(nèi)部有缺陷時(shí)，在缺陷處能量被反射，到達(dá)接收探頭的能量損失了一部分。當(dāng)前第8頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)（2）反射法探傷當(dāng)工件內(nèi)部無(wú)缺陷時(shí)，超聲波傳到工件底面再反射回來(lái)；當(dāng)工件內(nèi)部有缺陷時(shí)，超聲波傳到缺陷就反射回來(lái)；不同缺陷會(huì)造成不同的接收波幅度和周期。當(dāng)前第9頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

2.超聲波測(cè)厚度

厚度計(jì)算:只要測(cè)量出超聲波脈沖通過(guò)工件的時(shí)間t,經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路就可以直接讀出工件的厚度。。當(dāng)前第10頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

3.超聲波測(cè)液位只要測(cè)量出發(fā)射波和接收波之間的時(shí)間間隔，就可以測(cè)出探頭到液面的距離。超聲波測(cè)量液位是利用回聲原理進(jìn)行的，在液位上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器。當(dāng)前第11頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)第二節(jié)紅外傳感器紅外傳感器是利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的一種傳感器。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研、軍事和醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。紅外測(cè)量技術(shù)是發(fā)展檢測(cè)技術(shù)、遙感技術(shù)和空間科學(xué)的重要手段。

在電磁波的波譜圖中，可以知道紅外線的頻率（波長(zhǎng)）范圍：當(dāng)前第12頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

一、紅外輻射的產(chǎn)生與性質(zhì)自然界中任何物體，只要其本身溫度高于絕對(duì)零度(一273.16℃)，就會(huì)不斷地輻射紅外線。也就是說(shuō)，在常溫下所有物體均是紅外輻射源，而且物體溫度愈高，輻射功率就愈大。紅外線具有反射、折射、散射、干涉、吸收等多種性質(zhì)。紅外線在介質(zhì)中傳播時(shí)，通過(guò)介質(zhì)后的通量I具有衰減特性：剛射到介質(zhì)時(shí)的通量介質(zhì)厚度介質(zhì)常數(shù)（如金屬具有特別大的衰減）當(dāng)前第13頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

二、紅外傳感器又稱為紅外探測(cè)器。按工作原理，紅外探測(cè)器可分為熱電紅外傳感器和光電紅外傳感器兩類。熱電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)原理工作的。熱電探測(cè)器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

光電紅外傳感器是利用紅外輻射的光電效應(yīng)原理工作的。光電紅外傳感器有內(nèi)光電和外光電紅外傳感器兩種，前者又分為光電導(dǎo)、光生伏特和光磁電紅外傳感器等三種。光電紅外傳感器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測(cè)波段較窄，一般需在低溫下工作。

光電紅外傳感器是由光學(xué)系統(tǒng)、敏感元件、前置放大器和調(diào)制器等組成。

1.透射式紅外探測(cè)器2.反射式紅外探測(cè)器按光學(xué)系統(tǒng)分類當(dāng)前第15頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)其光學(xué)系統(tǒng)的元件采用紅外光學(xué)材料，并且根據(jù)所探測(cè)的紅外波長(zhǎng)來(lái)選擇光學(xué)材料。在近紅外區(qū)，可用一般的光學(xué)玻璃和石英等材料；在中紅外區(qū)，可用氟化鎂、氧化鎂等材料;在遠(yuǎn)紅外區(qū)，可用鍺、硅等材料。

（1）透射式紅外傳感器當(dāng)前第16頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)反射式紅外傳感器是采用凹面玻璃反射鏡，將紅外輻射聚焦到敏感元件上。

反射式的光學(xué)系統(tǒng)元件表面鍍金、鋁或鎳鉻等對(duì)紅外波段反射率較高的材料，其材料比較好找，但在制造工藝方面較復(fù)雜。

透射式光學(xué)系統(tǒng)獲得透射紅外波段的玻璃比較困難，加工制造難度小。

（2）反射式紅外傳感器次反射鏡主反射鏡敏感元件前置放大器前置放大器敏感元件主反射鏡次反射鏡當(dāng)前第17頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

三、紅外傳感器的應(yīng)用1.紅外測(cè)溫儀

(機(jī)械\冶金\陶瓷玻璃等高溫行業(yè))它是一個(gè)包括光、機(jī)、電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)前第18頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)紅外氣體分析儀是根據(jù)氣體對(duì)紅外線具有選擇性吸收的特性來(lái)對(duì)氣體成分進(jìn)行分析的。2.紅外氣體分析儀工作時(shí)，兩束紅外線經(jīng)反射、切光后，濾掉干擾氣體的影響，分別射入測(cè)量氣室和標(biāo)準(zhǔn)氣室，由于測(cè)量氣室中對(duì)4.65μm的紅外輻射有較強(qiáng)的吸收能力，而標(biāo)準(zhǔn)氣室中氣體不吸收紅外輻射，從而使兩吸收室壓力不同，于是電容器的可動(dòng)電極（薄膜）偏向固定電極片方向，改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變了電容C。因此電容變化量反映了被分析氣體中被測(cè)氣體的濃度。鎳鉻加熱絲紅外光源同步電機(jī)切光片濾波氣室標(biāo)準(zhǔn)氣室測(cè)量氣室信號(hào)處理電路與指示裝置當(dāng)前第19頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)3.紅外無(wú)損探傷

紅外無(wú)損探測(cè)分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。某包裝袋封口質(zhì)量的紅外檢測(cè)示意圖工作時(shí)，傳送帶勻速把包裝袋的封口送往熱源和紅外傳感器之間，熱源對(duì)封口均勻加熱并使其封合，如果塑料袋封口中夾雜氣泡、小顆粒、油膩、空隙起皺等缺陷時(shí)，都會(huì)妨礙熱能的流動(dòng)而引起溫度分布的異?，F(xiàn)象。通過(guò)溫度分布的測(cè)量就可判斷出缺陷的位置。當(dāng)前第20頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)第三節(jié)激光傳感器激光傳感器可將輸入它的一定形式的能量（光能，熱能等），轉(zhuǎn)換成一定波長(zhǎng)的光的形式發(fā)射出來(lái)。

已成功應(yīng)用于精密測(cè)量與加工、軍事、宇航等生產(chǎn)科研領(lǐng)域。一、激光的本質(zhì)

原子在正常分布狀態(tài)下，大部分處于低能級(jí)E1狀態(tài)，得到外界能量后，原子被短期激發(fā)，躍遷到高能級(jí)E2狀態(tài)。極短時(shí)間之后，原子躍遷返回低能級(jí)，同時(shí)輻射出光子。具有偶然性。

自發(fā)輻射當(dāng)前第21頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)受激輻射在外界因素的誘發(fā)下，處在激發(fā)態(tài)的原子也可以躍遷到低能級(jí)而發(fā)光，這種發(fā)光過(guò)程稱為受激輻射，但是，并非任何外來(lái)光子都能引起受激輻射。只有當(dāng)外來(lái)光子的頻率大于或等于激發(fā)態(tài)原子的某一固有頻率，才能引起受激輻射。輻射光子的能量在受激輻射過(guò)程中，輻射光子與最初引起受激輻射的外來(lái)光子有完全相同的頻率、相位和振動(dòng)方向當(dāng)前第22頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)受激輻射，可以使所激發(fā)出光子的頻率、相位方向均與入射光一致，也可以說(shuō)是一個(gè)光子被放大為兩個(gè)光子，如圖所示，這種光稱為相干光。如果這些光子再引起其它原子發(fā)生受激輻射，那么這些原子所引起的輻射光子在頻率、相位和振動(dòng)方向上也與外來(lái)光子完全相同，從而產(chǎn)生激光。

由于光子被激發(fā)放大或被吸收是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，光子在媒介中傳播的過(guò)程中，也可能被原子吸收而逐漸減少，被稱為光的吸收。

光的放大光的吸收光的放大和吸收是同時(shí)進(jìn)行的，至于最終光是放大還是減小，取決于哪一種運(yùn)動(dòng)更激烈。當(dāng)前第23頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

二、激光的形成原理

1.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布要想獲得光的放大，必須使得光的放大運(yùn)動(dòng)更激烈。物質(zhì)內(nèi)部粒子數(shù)與能量分布方程為：絕對(duì)溫度波爾茲曼常數(shù)

對(duì)于T>0的任何值，只要E1>E2,就有N2>N1，即處于高能級(jí)上的粒子數(shù)大于處于低能級(jí)的粒子數(shù)。此時(shí)光的放大是主要的。介質(zhì)才能以發(fā)射光子為主。被稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這是形成激光的第一個(gè)條件。E1能級(jí)的粒子數(shù)N1，E2能級(jí)的粒子數(shù)N2正常狀態(tài)激發(fā)狀態(tài)低能級(jí)E1高能級(jí)E2高能級(jí)E2低能級(jí)E1當(dāng)前第24頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

2.光的振蕩放大由外界激發(fā)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布而形成的光的放大，這些光子是射向各個(gè)方向的，受激輻射將無(wú)法持續(xù)下去。必須在一個(gè)光學(xué)共振腔中才能實(shí)現(xiàn)光振蕩放大。光學(xué)共振腔（謝振腔）由各種形狀的曲面反射鏡組成，鏡面具有極高的反射率，工作物質(zhì)被封裝在共振腔中。

光子在兩反射鏡間往返運(yùn)動(dòng)，不斷地碰撞處于激發(fā)態(tài)的粒子，使得受激輻射一次又一次的加強(qiáng)。激光是受激輻射和諧振腔共同作用的結(jié)果，而粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布則是形成激光的必要前提條件。當(dāng)前第25頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

三、激光的特點(diǎn)

1.高方向性

2.高亮度3.單色性好（頻率高度一致）4.高相干性（能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉條紋）

當(dāng)前第26頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)

四、激光傳感器1.氣體激光器

一般原理惰性氣體原子、金屬蒸氣、氣體離子等氦氖激光器氦氖內(nèi)腔式外腔式當(dāng)前第27頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)2.液體激光器它的工作物質(zhì)是液體?？煞譃橛袡C(jī)液體染料激光器、無(wú)機(jī)液體染料和聚合物激光器等。較為重要的是有機(jī)液體染料激光器。其特點(diǎn)是它發(fā)出的激光波長(zhǎng)可在一定的波段內(nèi)連續(xù)可調(diào)?？蛇B續(xù)工作而不降低效率。當(dāng)前第28頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)3.固體激光器

它的工作物質(zhì)是固體。常用的固體激光器有紅寶石激光器、摻銣的釔鋁石榴石激光器（簡(jiǎn)稱YAG激光器）和銣玻璃激光器等。

工作方式：在共振腔內(nèi)壁鍍上高反射率的金屬薄層，使泵燈發(fā)出的光能集中照射在工作物質(zhì)上。

各種聚光腔當(dāng)前第29頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)固體激光器的一般結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前第30頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)4.半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器是在固體和氣體激光器之后發(fā)展起來(lái)的一種激光器。它的工作物質(zhì)是某些性能適合的半導(dǎo)體材料，如砷化鎵、磷化銦等。砷化鎵激光器可以做成二極管形式，在PN結(jié)中注入能量，可以造成電子與空穴重新復(fù)合，能量以光子形式釋放，形成激光。半導(dǎo)體激光器的主要特點(diǎn)重量非常輕，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)換效率很高，輸出功率比較小，受環(huán)境溫度影響比較大等。主要用于飛機(jī)、軍艦、坦克、火炮上瞄準(zhǔn)、測(cè)距等方面。

砷化鎵激光器當(dāng)前第31頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)五、激光的應(yīng)用1.激光測(cè)量長(zhǎng)度（邁克爾遜干涉儀）當(dāng)可動(dòng)反射鏡沿光軸方向每移動(dòng)半個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，干涉條紋亮暗變化一次，經(jīng)光電倍增管放大后，計(jì)數(shù)得到干涉條紋數(shù)。N-干涉條紋數(shù)n為空氣折射率真空中光波波長(zhǎng)

可動(dòng)反射鏡的移動(dòng)位移:當(dāng)前第32頁(yè)\共有36頁(yè)\編于星期四\20點(diǎn)2.激光測(cè)距激光測(cè)距的原理：首先測(cè)量激光射向目標(biāo)，而后又經(jīng)目標(biāo)反射到激