4 光电式传感.ppt

* 4.13 核辐射传感器 利用放射性同位素来进行测量的传感器，又称放射性同位素传感器。 核辐射传感器是基于被测物质对射线的吸收、反散射（或射线对被测物质的电离激发作用）而进行工作的。 放射性同位素在衰变过程中放出带有一定能量的粒子（或称射线），包括α粒子、β粒子、γ射线和中子射线。 用α粒子使气体电离比用其他辐射强得多，所以α粒子常用于气体成分分析，测量气体的压力、流量或其他参数。 β粒子在气体中的射程可达20米。根据材料对β辐射的吸收，可测量材料的厚度和密度；根据对β辐射的反射可判断覆盖层厚度；利用β粒子的电离能力可测量气体流量。 γ射线是一种电磁辐射，它在物质中的穿透能力比较强，在气体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体物质，因此广泛应用于金属探伤、测厚，以及流速、料位和密度的测量。 中子射线常用于测量湿度、含氢介质的料位或成分。  * 核辐射传感器包括放射源、探测器和信号转换电路。 放射源一般为圆盘状（β放射源）或丝状、圆柱状、圆片状（γ放射源）。例如TI204（铊）镀在铜片上，上面覆盖云母片，然后装入铝或不锈钢壳内，最后用环氧树脂密封，就成为放射源。 探测器又称接收器，是通过射线和物质相互作用来探测射线的存在和强弱的器件。探测器一般是根据某些物质在核辐射作用下产生发光效应或气体电离效应来工作的。 常用的探测器有电流电离室、盖格计数管和闪烁计数管三种。  * 应用(测量流速) 图1示出用γ射线测量流速的原理图。将一个γ射线源如Co60或Sb124快速注入管道截面上需要测速的某一点上，用两个相隔距离已知的探测器（如盖格计数管或闪烁计数管）来确定示踪波形峰值经历的时间,这样就可以算出某点的流速。 * 应用(测量厚度) 图2是γ射线金属板材测厚装置。它包括γ射线传感器、主电子控制柜、显示器和键盘等。这套装置具有操作灵活、功能齐全、显示直观和工作可靠等优点。 * * 我国也能生产多到2000单元以上的线型图像传感器，国际水平达5732个单元。 线型图像传感器只能用于一维检测系统，为了能传送平面图像信息，必须增加自动扫描机构，或者直接使用面型CCD图像传感器。 * (a)初始状态；(b)电荷由①电极向②电极转移；(c)电荷在①、②电极下均匀分布；(d)电荷继续由①电极向②电极转移；(e)电荷完全转移到②电极；(f)3相交叠脉冲。 (a) (b) (c) (e) (f) (g) * 假设电荷最初存储在电极①(加有10V电压)下面的势阱中，如图2(a)所示，加在CCD所有电极上的电压，通常都要保持在高于某一临界值电压Vth，Vth称为CCD阈值电压，设Vth=2V。所以每个电极下面都有一定深度的势阱。显然，电极①下面的势阱最深，如果逐渐将电极②的电压由2V增加到10V，这时，①、②两个电极下面的势阱具有同样的深度，并合并在一起，原先存储在电极①下面的电荷就要在两个电极下面均匀分布，如图2(b)和(c)所示，然后再逐渐将电极下面的电压降到2V，使其势阱深度降低，如图2中(d)和(e)所示，这时电荷全部转移到电极②下面的势阱中，此过程就是电荷从电极①到电极②的转移过程。如果电极有许多个，可将其电极按照1、4、7…，2、5、8…和3、6、9…的顺序分别连在一起，加上一定时序的驱动脉冲，如图2(f)所示，即可完成电荷从左向右转移的过程。用3相时钟驱动的CCD称为3相CCD。 (a) (b) (c) (e) (f) (g) * B、三相CCD电极的结构 MOS上三个相邻电极，每隔两个所有电极接在一起。由3个相位差120°时钟脉冲驱动。 * C、电荷的输出 在输出端P型硅衬底上扩散形成输出二极管. 二极管加反压，在PN结形成耗