新闻中心

传感器与检测技术-周杏鹏-清华大学出版社 (7)教

发布日期:2020-09-23 01:01

  传感器与检测技术-周杏鹏-清华大学出版社 (7)教材_中职中专_职业教育_教育专区。传感器与检测技术-周杏鹏-清华大学出版社 (7)教材

  第7章 其他传感器技术 第7章 其他传感器技术 7.1 7.2 7.3 7.4 红外传感器 超声波传感器 光纤传感器 传感新技术简介 7.1 红外传感器 红外技术在军事、工农业生产、医学、 科学研究等方面的应用得到了快速的发展, 红外技术的应用几乎普遍化,例如军事上的 热成像系统、搜索跟踪系统、红外警戒系统, 天文学上基于红外线的天体演化研究,医学 上的红外诊断和辅助治疗,工农业生产中的 温度探测及红外烘干等等。 7.1 红外传感器 7.1.1 红外检测的物理基础 7.1.2 红外探测(传感)器 7.1.1 红外检测的物理基础 红外辐射俗称红外线,是一种不可见光。它 的波长范围大致在0.76~1000μm,工程上又把 红外线所占据的波段分为近红外、中红外、远红 外和极远红外。 7.1.1 红外检测的物理基础 ? 除了太阳能辐射红外线外,自然界任何物体只要它本身具 有一定温度(高于绝对零度),都能辐射红外光,而且物 体温度越高,发射的红外辐射能越多。物体在向周围发射 红外辐射能的同时,也吸收周围物体发射的红外辐射能。 ? 由于各种物质内部的原子分子结构不同,它们所发射出的 辐射频率也不相同,这些频率所覆盖的范围也即称为红外 光谱。由实验可知,物体辐射的电磁波中,其峰值幅射波 长λm与物体自身的绝对温度T成反比,即有: ?m=2897/T (?m) (7-1) 7.1.1 红外检测的物理基础 图7-2为不同温度的光谱辐射分布曲线,图中虚线表示了峰 值辐射波长λm与温度的关系曲线。从图中可以看到,随着 温度的升高其峰值波长向短波方向移动。 7.1.2 红外探测(传感)器 ? 凡是能把红外辐射量转变成另一种便于测量的物理量(如 电量等)的器件都可称为红外探测器。 ? 红外检测从原理上可分为主动式和被动式两种。 主动式 利用红外辐射源对被测物进行辐射,通过被测物对红 外光进行吸收、反射和透射后,物体自身或红外光将 发生变化。 被动式 被测物本身就是红外辐射源,检测其红外辐射能实 现温度测量,或通过物体各个点辐射能大小生成的 热像图,进行无损探伤等。 红外检测系统 无论是利用物体的红外辐射特性还是物体对 红外的反射、吸收、透射等来实现红外检测, 构成的检测系统中一般包含有红外源、传输 红外的光学系统和接收红外的探测器,以及 信号调理等组成部分。红外探测器是红外传 感器或红外检测的核心,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。 探测器的基本类型 1 热探测器 ?热探测器的工作机理是:利用红外辐射的热效应,探测 器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高,进而使有关物 理参数发生相应变化,通过测量相关物理参数的变化来确 定探测器所吸收的红外辐射。 ?根据吸收红外辐射能后探测器物理参数的变化,可以将 热探测器分为四类:热释电型、热敏电阻型、热电偶型和 气体型。其中,热释电型探测器探测率最高,频率响应最 宽,也是目前用得最广的红外传感器。 探测器的基本类型 2 光探测器 利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。常 见的光子效应有外光电效应、光生伏特效应、光电磁效应、 光电导效应。相应的,光探测器主要包括,利用外光电效 应而制成的光电子发射探测器;利用内光电效应制成的光 电导探测器;利用阻挡层光电效应制成的光生伏特探测器; 利用光磁电效应制成的光磁探测器。 探测器的基本类型 热探测器的特点 热探测器对各种波长都能响应 热探测器不需要冷却 热探测器响应时间比光子探测器长 热探测器性能与器件尺寸、形状、工艺等有关 红外检测技术的应用 从红外检测原理知,利用红外的反射、 透射、吸收特性可实现气体成分分析、 厚度测量、无损探伤等,利用其辐射特 性,可检测辐射体的温度,或建立红外 报警系统。 第7章 其他传感器技术 7.1 7.2 7.3 7.4 红外传感器 超声波传感器 光纤传感器 传感新技术简介 7.2 超声波传感器 超声技术是一门以物理、电子、机械及 材料学为基础、在各行各业都得到使用的通 用技术之一。目前,超声波技术广泛应用于 冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门的 超声清洗、超声焊接、超声检测、超声探伤 和超声医疗等方面,并取得了很好的社会效 益和经济效益。 7.2 超声波传感器 7.2.1 超声检测的物理基础 7.2.2 超声波传感器及应用 7.2.1 超声检测的物理基础 振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。频率在 16~2×104Hz之间,能为人耳所闻的机械波,称为 声波;低于16Hz的机械波,称为次声波;高于 2×104Hz的机械波,称为超声波,如图7-3所示。频 率在3×108~3×1011Hz之间的波,称为微波。 超声波的波形及其传播速度 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波的传播方向的 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 超声波的波形及其传播速度 ?超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。以水 为例,当蒸馏水温度在0~74℃时,声速随温度的升高 而增加,在74℃时达到最大值,大于74℃后,声速随 温度的增加而减小。此外,水质、压强等也会引起声速 的变化。 ?在固体中,纵波、横波及表面波三者的声速间有一定 的关系:通常可认为横波声速为纵波的一半,表面波声 速为横波声速的90%。气体中纵波声速为344m/s,液 体中纵波声速为900~1900m/s。 波的反射和折射 声波从一种介质传播到另一种介质时,在两个介 质的分界面上一部分声波被反射,另一部分透射过界 面,在另一种介质内部继续传播。这样的两种情况称 为声波的反射和折射。如图7-4所示。 sin ? c1 ? (7-2) sin ? c2 波型的