安全检测技术第3章.ppt

　　2.微波传感器 　　由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。根据这一原理，微波传感器可分为反射式与遮断式两种。 　　(1)反射式传感器通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间间隔，来表达被测物的位置、厚度等参数。 　　(2)遮断式传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小，来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数。 　　3.红外探测器 　　1）反射式红外探测器 　　反射式光学系统的红外探测器的结构如图3-64所示。它由凹面玻璃反射镜组成，其表面镀金、铝和镍铬等红外波段反射率很高的材料构成反射式光学系统。为了减小像差或使用上的方便，常另加一片次镜，使目标辐射经两次反射聚集到敏感元件上，敏感元件与透镜组合一体，前置放大器接收热电转换后的电信号，并对其进行放大。 图3-64反射式红外探测器示意图 　　2）透射式红外探测器 　　透射式光学系统的红外探测器如图3-65所示。透射式光学系统的部件用红外光学材料做成，不同的红外光波长应选用不同的红外光学材料：在测量700℃以上的高温时，用波长为0.75～3μm范围内的近红外光，用一般光学玻璃和石英等材料作透镜材料；当测量100～700℃范围的温度时，一般用3～5μm的中红外光，多用氟化镁、氧化镁等热敏材料；测量100℃以下的温度用波为5～14μm的中远红外光，多采用锗、硅、硫化锌等热敏材料。获取透射红外光的光学材料一般比较困难，反射式光学系统可避免这一困难，所以，反射光学系统用得较多。 图3-65透射式红外探测器示意图 　　4.射线式传感器 　　射线式传感器主要由放射源和探测器组成，利用射线式传感器进行测量时，都要有可发射出粒子α、β或γ射线的辐射源。选择射线源应尽量提高检测灵敏度和减小统计误差。为避免经常更换放射源，要求采用的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度。因此，尽管放射性同位素种类很多，但能用于测量的有二十种左右。 　　放射线源的结构应使射线从测量方向射出，而其他方向则必须使射线的剂量尽可能小，以减少对人体的危害。β射线辐射源一般为圆盘状，γ射线辐射源一般为丝状、圆柱状或圆片状。图3-66所示为β厚度计辐射源容器，射线出口处装有辐射薄膜，以防灰尘浸入，并能防止放射源受到意外损伤而造成污染。 图3-66辐射源容器 　　5.离子敏传感器 　　离子敏传感器是一种对离子具有选择敏感作用的场效应晶体管，它是由离子选择性电极(ISE)与金属—氧化物—半导体场效应晶体管(MOSFET)组合而成的，简称ISFET。ISFET是用来测量溶液(或体检)小离子浓度的微型固态电化学敏感器件。如果将普通MOSFET的金属栅去掉，让绝缘氧化层直接与溶液相接触，或者将栅极用铂膜作引出线，并在铂膜上涂覆一层离子敏感膜，就构成了一只ISFET，如图3-67所示。 图3-67　敏感膜涂覆在MOSFET栅极的ISFET示意图 　　离子敏传感器的工作原理是MOS场效应。晶体管是利用金属栅上所加电压大小来控制漏源电流的，ISFET则是利用其对溶液中离子有选择作用而改变栅极电位，以此来控制漏源电流变化的。当将ISFET插入溶液时，在测溶液与敏感膜接触处会产生一定的界面电势，其大小取决于溶液中被测离子的浓度。 　　6.谐振式传感器 　　谐振式传感器能直接将被测量转换为振动频率信号，故也称为频率式传感器。它很容易进行数字显示，因此具有数字化技术的许多优点：①测量精度和分辨力比模拟式的要高得多，有很高的抗干扰性和稳定性；②便于信号的传输、处理和存储；③易于实现多路检测。 　　谐振式传感器的种类很多，按照它们谐振的原理可分为：电的、机械的和原子的三类。这里只讨论机械式谐振传感器。 　　1）振弦式传感器 　　振弦式传感器是以被拉紧了的钢弦作为敏感元件，其振动频率与拉紧力的大小、弦的长度有关。当振弦的长度确定后，弦振动频率的变化量便表示拉力的大小，且输入是力，输出是频率。 　　振弦式传感器的优点是：结构简单牢固、测量范围大、灵敏度高、测量线路简单，因此，广泛用于大压力的测试，也可用来测量位移、扭矩、力和加速度等。其缺点是：对传感器的材料和加工工艺要求很高，而传感器的精度较低，总精度约±1.5％。 　　振弦式压力传感器的原理结构，如图3-68所示。振弦固定在上、下夹块之间，用固紧螺钉固紧，给弦加一定的初始张力T。振弦是传感器的敏感元件，对传感器的精度、灵敏度、稳定性有着举足轻重的作用。因此，对振弦材料提出严格的要求：要抗拉强度高、弹性模量大、磁性和导电性能好、线膨胀系数小，一般采用含碳量高的含钨、含钛的材料制造。在振弦的中部固定着软铁块、永久磁