第12章辐射式传感器

1、第12章 辐射式传感器第第12章章 辐射式传感器辐射式传感器12.1 红外传感器红外传感器12.2 核辐射传感器核辐射传感器第12章 辐射式传感器第第12章章 辐辐 射射 式式 传传 感感 器器 12.1红外传感器红外传感器一、红外辐射一、红外辐射 （红外线） 是一种不可见光，位于可见光中红色光以外，故称为红外线。红外线波长范围红外线波长范围：0.761000m，频率为4101431011Hz 第12章 辐射式传感器红外辐射的物理本质红外辐射的物理本质：热辐射，且具有反射、折射、散 射、干涉、吸收的特性。最大特点最大特点：具有光热效应，能辐射热量。 红外辐射在真空中的传播速度: C = f 式

2、中 红外辐射的波长， m； f红外辐射的频率，Hz； C光在真空中的传播速度。二、红外探测器二、红外探测器 红外传感器组成红外传感器组成:光学系统、探测器、信号调理电路、显示单元。红外探测器红外探测器:将红外辐射能转换成电能的光敏器件，用来检测物体 辐射的红外线。(也称红外传感器) 红外探测器分类红外探测器分类:第12章 辐射式传感器 热释电型 热敏电阻型 热电阻型 气体型 内光电 光电导 外光电 光生伏特 光磁电热探测器特点热探测器特点:灵敏度低，响应慢，但有较宽的红外波长响应范 围，且价廉。可在常温下工作，使用方便，一 般 用于温度的测量及自动控制。光子探测器特点光子探测器特点:可直接把红

3、外光能转换成电能。灵敏度高、响应 快，但其红外波长响应范围窄，有的需在低温下 使用。广泛应用在遥测、遥感、成像、测温等。热探测器光子探测器分分类类第12章 辐射式传感器1热探测器热探测器(1)热释电效应热释电效应 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象称为热释电效应热释电效应。热释电体热释电体(热电元件热电元件、铁电体铁电体） 能产生热释电效应的晶体。 热电元件常用材料热电元件常用材料:单晶、压电陶瓷、高分子薄膜等。 工作机理：工作机理：晶体自发极化产生的电荷被空气中自由电子中和。温度变化晶体自发极化值晶体的正负电荷重心产生相对位移变化晶体

4、表面产生电荷耗尽，相当于释放部分电荷。在热电元件两端并上电阻，元件受热电阻流过电流电压信号，输出信号强弱薄片温度变化快慢射强弱。反映出入射的红外辐第12章 辐射式传感器（2）热释电红外传感器）热释电红外传感器第12章 辐射式传感器2光子探测器光子探测器 工作机理：工作机理：利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象这种现象称为。根据所产生的不同电学现象，可制成各种不同的光子探测器。 PbS红外光敏元件第12章 辐射式传感器三、红外传感器的应用三、红外传感器的应用1红外测温仪红外测温仪(1)红外测温原理红外测温原理斯蒂芬玻耳兹曼定律表达式 W =

5、 T4式中： W物体的全波辐射出射度，即单位面积的发射的 辐射功率；物体表面的法向比辐射率；（也称黑度系数）斯蒂芬-玻尔兹曼常数； T物体的绝对温度。第12章 辐射式传感器（2）测温仪的构成）测温仪的构成第12章 辐射式传感器 -35275 发射率固定0.97,距离系数2.5:1 F62： -30500 发射率固定0.95， 距离系数10：1 3i系列: -303000(分段) 发射率可调，距离系数最大180：1 红外测温仪红外测温仪 第12章 辐射式传感器便携式远红外测温仪便携式远红外测温仪红 外 测 温第12章 辐射式传感器红外探测制导 空空导弹红外摄像第12章 辐射式传感器红外报警第12

6、章 辐射式传感器 12.2核辐射传感器核辐射传感器核辐射传感器：核辐射传感器：利用放射性同位素在蜕变成另一元素时 发出射线来进行测量。特点：特点：核辐射可以精确、迅速、自动、非接触、无损检 测各种参数。应用范围：应用范围：可测线位移、角位移、板料厚度、覆盖层厚 度、探伤、密闭容器的液位、转速、流体密 度、强度、温度、流量、材料的成分等。组成：组成：电信号转化电路放射源探测器第12章 辐射式传感器一、核辐射及其性质一、核辐射及其性质 1概念概念 具有相同的核电荷数Z而有不同的质子数A的原子所构成的元素称同位素同位素。 原子如果不是外来原因而自发的产生核结构变化，这种现象称为核衰变核衰变。 具有核

7、衰变性质的同位素会自动在衰变中放出射线，称之为放射性同位素放射性同位素。又称放射源放射源。放射源的强度： J = J0 e t (12-1)式中： J0开始时的放射源强度； J经过时间t后的放射源强度； 放射性衰变常数。第12章 辐射式传感器 放射性同位素在衰变过程中会放射出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为核辐射核辐射。核辐射中放出的射线核辐射中放出的射线：射线、射线、射线、X射等。 其中： 射线由带正电的 粒子组成； 射线由带负电的 粒子组成； 射线由中性的光子组成。2主要射线及性质主要射线及性质（1）射线射线第12章 辐射式传感器 分子或原子的轨道电子获得足够大的能量，就能

8、脱离原子成为自由电子，从而产生一对由自由电子和正离子组成的离子对，这种现象称为电离电离。 轨道电子获得的能量还不足以使它脱离原子成为自由电子，仅使电子从低能级跃迁至较高能级，则称这种相互作用为激发激发。 离子在物质中运动时会改变运动方向，这种现象称为散射散射。 第12章 辐射式传感器（2）射线射线 J = J0 e h (12-2)式中：J0、J粒子穿经厚度为h密度为的吸收体前后的强度 线性吸收系数。 （3）射线射线 原子核从不稳定的高能激发态跃迁到稳定的基态或较稳定的低能态，并且不改变其组成过程称为衰变衰变(或称跃迁跃迁)。 发生跃迁时所放射出的射线称为射线射线或光子光子。 当一个光子和原子相碰撞时，将其能量全部交给某一轨道电子，使它脱离原子，光子则被吸收，这种现象称为光电效应光电效应。 第12章 辐射式传感器二、核辐射探测器二、核辐射探测器 核辐射探测器又称核辐射接收器辐射接收器 作用：作用：将核辐射信号转换成电信号，从而探测出射线的 强弱和变化。 探测器的工作原理：探测器的工作原理：l根据在核辐射作用下某些物质的发光效应。l根据当核辐射穿过它们时发生的气体电离效应。常用的核辐射探测器：常用的核辐射探测器：电离室、正比计数管、盖革一弥 勒计数管、闪烁计数器、半导体 探测器等。第12章 辐射式传感器三