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1、士第10章 波式和辐射式传感器本章主要介绍超声波传感器、微波传感 器、红外传感器和核辐射式传感器的原 理及其在各种参数检测中的应用重点是超声波传感器、红外传感器及核 辐射传感器的原理及应用难点是超声波和核辐射传感器的原理第10章 波式和辐射式传感器哼超声波传感器超声波和声音一样，是一种机械振动波，是机械 振动在弹性介质中的传播过程。超声波检测是利用不 同介质对超声波传播的影响来探测物体和进行测量的 一门检测技术。1、超声波及其性质频率高于2X104 Hz的机械波，称为超声波。当超 声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介 质中传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射 和波形转换等现象。
2、右第10章 波式和辐射式传感器超声波种类 纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波, 它能在固体、液体和气体介质中传播。 横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它 只能在固体介质中传播。 表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿 着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波, 表面波只在固体的表面传播。第10章波式和辐射式传感器超声波的性质1）超声波的速度2）超声波的反射与折射3）超声波的衰减2、超声波传感器利用超声波物理特性和各种效应而研制 的装置称为超声波换能器，或超声波探测器、 超声波传感器，有时也叫超声波探头。士第10章 波式和辐射式传感器超声波探头按其工作原理可分为压电式、 磁致伸
3、缩式、电磁式等，在检测技术中压电式 最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压 电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式 超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来 工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频 机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头; 而正压电效应是将超声振动波转换成电信号， 可作为接收探头；由于其结构不同，分为直探 头式、斜探头式和双探头式。”第10章 波式和辐射式传感器直探头式结构如图所示。它主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护 膜、引线等组成。士第10章 波式和辐射式传感器3、超声波传感器的应用1）超声波测液位h = -ct2(b)士第10章 波式和辐射式传感器2）超声波测
4、厚度d = vt2第10章 波式和辐射式传感器3）超声波测流量超声波传感器1超声波传感器22C人 v =Af 2L巳2电路 管道Q = 450tiDc2 tan 6t (mVh)（第10章 波式和辐射式传感器微波传感器微波是波长为的电磁波，既具有电磁波的 性质，又与普通的无线电波及光波不同，是一种相对波 长较长的电磁波，具有空间辐射装置容易制造、遇到各 种障碍物易于反射、绕射能力差、传输特性好等特点。1微波传感器原理微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量的器 件或装置。由发射天线发出微波，此波遇到被测物体时 将被吸收或反射，使微波功率发生变化。若利用接收天 线，接收到通过被测物体或由被测物体
5、反射回来的微波, 并将它转换为电信号，再经过信号调理电路，即可以显 示出被测量，实现了微波检测。第10章 波式和辐射式传感器2、微波传感器的特点定向辐射的装置容易制造。-遇到各种障碍物易于反射。绕射能力差。传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光 的影响很小。介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微 波的吸收作用最强。3、微波的组成和分类一徵波传感器是由微波振荡器、微波天线和微波检测 器二部分组晟。根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射 式和遮断式两类。(1) 反射式传感器 这种微波传矗是通过检测被测物反射回来的微波 功率或经过的时间间隔来获得被测量的。一般它可以测 量物体的
6、位置、位移、厚度等参数。(2) 遮断式传感器 这种微波传感器是通过检测接收天线收到的微波功 率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或 被测物体的位置、被测物中的含水量等参数。右第10章 波式和辐射式传感器*4、微波传感器的应用1）微波式物位传感器24k5P严讥2）微波式液位传感器第10章波式和辐射式传感器3）微波式厚度传感器第10章 波式和辐射式传感器辐射式传感器红外传感器红外线是一种不可见光，由于是位于可见光中红 色光以外的光线，故称红外线。它的波长介于可见光 和微波之间，波长在0.773为近红外区，330为中 红外区，301000为远红外区或极远红外区，红外线 在电磁波谱中的位置如
7、图所示。A/pmA/cmklm101()? IO"5 1()；1011()10 '10102 IO1 104宇宙射线rim町 光红外线微波无线电波近红外中红外远红外极远红外036912151821如m红外绪特占2工外或易于产生，容易接收.采用红外发光二极管，结构简单，易于小型化，且 成本低.红外线调制简单，依靠调制信号编码可实现多路控 制.-红外线不能通过遮挡物，不会产生信号串扰等误动 作.功率消耗小，反应速度快.对环境无污染，对人、物无损害.抗干扰能力强。右第10章 波式和辐射式传感器吧红外探测器红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理 电路及显示单元等组成。红外探测器是
8、红外传感器的 核心。红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所 呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种 类很多，按探测机理的不同，可分为热探测器和光子 探测器两大类。1）热控测器热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热 电阻型和气体型。右第10章 波式和辐射式传感器*2）光子探测器光子探测器的工作机理是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，这种现象称为光子效 应。光子探测器有内光电和外光电探测器两种，后者 又分为光电导、光生伏特和光磁电探测器等三种。第10章 波式和辐射式传感器核辐射式传感器核辐射传感器一般由放射源、探测器以
9、及电信号转 换电路所组成。它可以检测厚度、液位、物位等参数。1.放射源放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源, 释放出射线G射线R射线X 射线等。£第10章 波式和辐射式传感器*2、射线与物质的相互作用1）带电粒子和物质的相互作用2）射线和物质的相互作用右第10章 波式和辐射式传感器*3、常用探测器1）电离室筒形结构图电离室原理图电离室第10章波式和辐射式传感器2）闪烁计数器闪烁计数器结构图章波式和辐射式传感器4、核辐射式传感器的应用1）红外线纸张监控器第10章 波式和辐射式传感器2）核辐射厚度检测探测器A静电放大器A 放大器A指示器vxr放射源取 I控制单元补偿单元£第10章 波式和辐射式传感器*3）核辐射液位检测探测器一测最电路指示仪表第10章波式和辐射式传感器第10章波式和辐射式传感器第10章波式和辐射式传感器