传感器第九章辐射式传感器资料.ppt

基本原理：利用某些非声量的物理量（如密度、流量等）与描述超声波媒质声学特性的超声量（声速、衰减、声阻抗等）之间存在着直接或间接关系。探索到这些规律，通过超声量的测定来测出某些被测物理量。  测量对象：密度、流量、液位、厚度、缺陷等。 例：在20℃水温时，水的特性阻抗为 ρ1c1 =1.48×106kg/(m2·s) 空气的特性阻抗为 ρ2c2 =0.000 429×106 kg/(m2·s) ρ1c1 ρ2c2 故超声波从水介质中传播至水气界面时， 将发生全反射。 4、超声波与介质的相互作用 机械效应 超声波可以引起质点的运动 3、磁致伸缩式超声波传感器 磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。 磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。 发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧 5、超声波测厚 双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度? ： （1）??测厚 （2）物位测量 （3）流量计（气体） （4）探伤 （5）X射线荧光分析仪 （6）中子活化分析 （7）医学应用-CT 常规X射线摄影利用透射原理，把三维的人体投影显示在一个二维的平面上。这就使得图像失去纵深方向的分辨能力，前后结构互相重叠，引起图像混淆，容易造成误诊和漏诊。 X线管 荧光屏 （2）康普顿效应 入射γ光子 原子 θ φ γ光子 电子 入射γ光子与介质中的电子发生碰撞，γ光子偏离原来的方向，同时将一部分能量转移给电子，使电子按φ射出。 3、核辐射线的特点 α、β、γ射线穿透物质时，由于与物质发生作用损失能量而最终被吸收而造成衰减。 α射线穿透能力最弱，在空气中运行轨迹为直线； β射线次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换而改变方向产生散射，在空气中运行轨迹为折线； γ射线穿透能力最强，能穿透几十厘米厚固体物质，在气体中可穿透数米，因此γ射线广泛用于医疗诊断、金属探伤等。 1、电离室 四、核辐射传感器 常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。 电离室外加电压增大，电流趋于饱和，一般工作在饱和区，使输出电流与外加电压无关，输出只正比于入射到电离室的辐射强度。 α、β、γ电离室不能通用，不同粒子相同条件下效率相差很大。 电离室主要用于探测α、β射线。 2. 正比计数管 放大作用仅限于芯线近旁，所以可得到与放射线的入射区域无关的一定的放大倍数。由于放大而产生的阳离子迅速离开气体放大区域而产生输出脉冲。输出脉冲的大小正比于因放射线入射而产生电子、正离子对的数目，而电子、正离子对数正比于气体吸收的放射线的能量。因此，正比计数管可以探测入射放射线的能量。 正比计数器 正比计数器是一种充气型辐射探测器，工作在气体电离放电伏安特性曲线的正比区。 计数器接收一个X、γ光子后就输出一个电脉冲，幅度与光子能量成正比，输出脉冲的大小正比于入射产生的电子和正离子对数目，电子和正离子对数目正比于气体吸收的放射线的能量。 正比计数器工作原理 使气体原子电离 ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － － － 初级射线 高压 3. 盖革-弥勒计数管 盖格计数管也称气体放电计数器。一个密封玻璃管，中间是阳极用钨丝材料制作，玻璃管内壁 涂一层导电物质或是一个金属圆管作阴极，内部抽真空充惰性气体（氖、氦）、卤族气体。 计数管内充有氩、氦等气体。为了便于密封，计数管常用玻璃作外壳，而阴极用金属或石墨涂覆于玻璃表面内部或在外壳内用金属筒作阴极。在盖革-弥勒计数管中，阴极和阳极间施加比计数管高的电压。X射线、α射线、β射线入射使产生比正比计数管激烈的气体放大，原离子所在区域沿中央丝极传播到整个计数管内。由于电子漂移速度很快，很快地被收集， 于是在中央丝极周围形成一层正离子，称为正离子鞘。正离子鞘的形成使阳极附近的电场变弱，直到不再能产生离子的增殖，此时原始电离的放大过程就停止了。放大过程停止后，在电场作用下，正离子鞘向阴极移动，给出一个与正离子鞘的总电荷有关，而与原始电离无关的脉冲输出。在第一