傳感器技術 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是熱輻射，人、動物、植物、火、水都有熱輻射，只是波長不同；溫度越高輻射紅外線越多，輻射能越強。紅外輻射俗稱紅外線，是一種不可見光，其光譜位于可見光中紅色以外，所以稱紅外線，波長約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主要組件組成：紅外光源、光學透鏡或窗口、光電元件、信號處理電路等，如圖所示:其中光電元件的紅外傳檢測器是核心部分，通過熱釋電效應實現(xiàn)“光—熱—電”的轉換，也是紅外傳感器工作的核心原理所在。紅外線熱、光電能11.1.2紅外傳感器-應用紅外傳感器按應用可分為：熱成像遙感技術；紅外搜索(跟蹤目標、確定位置)、通訊；紅外輻射測量；紅外測距、測溫等。自動門當沒有物體靠近傳感器時，發(fā)射器發(fā)射的紅外光束會遇到接收器，產生一個基準信號；當有物體靠近傳感器時，物體會反射紅外光束，這個反射的光束被接收器檢測到，導致接收器產生一個信號變化。11.1.2紅外傳感器-應用紅外測溫物體在高于絕對零度時會發(fā)射紅外輻射，紅外測溫儀中的紅外檢測器檢測到這些輻射并將其轉換為電信號。電信號隨后被放大和數字化，經過微處理器根據物體的發(fā)射率和環(huán)境因素調整后計算出準確的溫度值。最終，處理過的溫度數據顯示在測溫儀的屏幕上，使用戶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中的不穩(wěn)定原子核自發(fā)性地經歷核變化的過程叫作衰變，這個過程通常伴隨著粒子或輻射的釋放，這些釋放出來的粒子流稱之為核輻射。測量技術常用的三種核輻射源：α射線、β射線和γ射線。α射線，帶正電的高速粒子流；β射線，帶正電的高速粒子流；γ射線，一種光子流，不帶電，以光速運動。核輻射檢測器是核輻射傳感器的重要組成部分。其工作原理是不同類型的核輻射與檢測器中的物質相互作用，產生特定的電信號，這些電信號可以被用來測量和分析以確定輻射的性質、能量和強度。常見的核輻射檢測器包括：Geiger-Müller計數器、閃爍計數器、半導體檢測器、同位素檢測器等。11.2核輻射傳感器——Geiger-Müller計數器Geiger-Müller（蓋革-米勒）計數器是一種廣泛用于檢測核輻射的檢測器，如圖所示，它包括一個封閉的管狀檢測器（金屬管），內部充滿氣體（通常是氬氣和氮氣的混合物），在管狀檢測器的一側是輻射粒子進入窗口，另一側是金屬絲。正常情況下，金屬絲正極與金屬壁負極之間有略低于惰性氣體的擊穿電壓，因此管內氣體不放電。當核輻射粒子以高速狀態(tài)進入管中，它們與氣體相互作用，引發(fā)氣體電離，產生電子-離子對。這些電子-離子對受到電場的影響，產生電流，形成電脈沖，每個脈沖代表一次核輻射事件，可以被計數器記錄，從而確定輻射水平。11.2核輻射傳感器——閃爍計數器閃爍計數器如圖所示，由光電檢測器、電子系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng)幾個主要部分組成。數據采集系統(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)出可見光或紫外光閃爍，光電檢測器將光信號轉化為電流或電壓信號；電子系統(tǒng)對信號進行放大、濾波和數字化；光電檢測器外殼用于防止外部輻射干擾；數據采集系統(tǒng)用于記錄和分析閃爍信號，提供有關核輻射性質、能量和強度的信息。11.2核輻射傳感器——應用核輻射厚度計

11.2核輻射傳感器——應用如下圖所示，是透射法厚度計，這種厚度計將被測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應的輻射強度和吸收系數不同，放射源常用的β射線或γ射線從源穿過被測材料后被傳感器吸收。傳感器測量透射輻射的強度，產生對應材料厚度的輸出電流，電流信號經放大后可以計算出材料的厚度并顯示在儀表上。透射法厚度計通常用于金屬、紙張、塑料和其他材料的厚度測量。11.2核輻射傳感器——應用輻射式物位計輻射式物位計是一種用于測量容器中液體液位、粉末或顆粒物料料位的設備。它利用輻射源和檢測器