東南大學(xué)《傳感器技術(shù)》近代檢測技術(shù)PPT

1、第十六章第十六章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)核輻射檢測核輻射檢測1.2第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)超聲檢測超聲檢測16.116.2激光檢測激光檢測16.3微波檢測微波檢測16.416.5紅外檢測紅外檢測第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)一一. . 超聲檢測的物理基礎(chǔ)超聲檢測的物理基礎(chǔ) 1.波的反射和折射 2.超聲波的波型及其轉(zhuǎn)換 3.聲波的衰減第一節(jié)第一節(jié) 超聲超聲(Ultrasonic)(Ultrasonic)檢測檢測第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)圖11.1 聲波的頻率界限圖第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)圖11.2 波的反射和折射第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測

2、技術(shù)圖11.3 波型轉(zhuǎn)換圖第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)超聲波探頭是實現(xiàn)聲、電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱超聲換能器或傳感器。這種裝置能發(fā)射超聲波和接收超聲回波，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。圖圖11.4 電式電式圖圖11.4 電式探頭結(jié)構(gòu)圖電式探頭結(jié)構(gòu)圖探頭結(jié)構(gòu)圖探頭結(jié)構(gòu)圖1-壓電片；壓電片；2-保護(hù)膜；保護(hù)膜；3-吸收塊；吸收塊；4-接線；接線；5-導(dǎo)線螺桿；導(dǎo)線螺桿；6-絕緣柱；絕緣柱；7-接觸座；接觸座；8-接線片；接線片；9-壓電片座壓電片座 二二. .超聲波探頭超聲波探頭第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)超聲波探頭按其作用原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，其中以壓電式為最常用。圖

3、11.4為壓電式探頭結(jié)構(gòu)圖，其核心部分為壓電晶片，利用壓電效應(yīng)實現(xiàn)聲、電轉(zhuǎn)換。圖11.4 電式探頭結(jié)構(gòu)圖第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)1.超聲波測厚度 超聲波檢測厚度的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等。圖11.5所示為脈沖回波法檢測厚度的工作原理圖11.5 聲波測厚工作原理圖三三. .超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)2.超聲波測液位 在化工、石油和水電等部門，超聲波被廣泛用于油位、水位等的液位測量。圖11.6所示為脈沖回波式測量液位的工作原理圖。探頭發(fā)出的超聲脈沖通過介質(zhì)到達(dá)液面，經(jīng)液面反射后又被探頭接收。測量發(fā)射與接收超聲脈沖的時間間隔

4、和介質(zhì)中的傳播速度，即可求出探頭與液面之間的距離。根據(jù)傳聲方式和使用探頭數(shù)量的不同，可以分為單探頭液介式圖(a)；單探頭氣介式圖(b)；單探頭固介式圖(c)；雙探頭液介式圖(d)等數(shù)種。第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)圖11.6 沖回波式超聲液位測量第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)3.超聲波測流量圖11.8 波測流量的原理圖第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)一一. .核輻射檢測的物理基礎(chǔ)核輻射檢測的物理基礎(chǔ)1.同位素原子序數(shù)相同,但原子質(zhì)量數(shù)不同的元素,稱作同位數(shù)。當(dāng)沒有外因作用時同位數(shù)的原子核會自動在衰變中放出射線。其衰減規(guī)律為第三節(jié)第三節(jié) 核輻射檢測核輻射檢測te式中 、0

5、分別為初始時與經(jīng)過時間t秒后的原子核數(shù)； 衰變常數(shù)（不同放射性同位數(shù)有不同的值。上式表明放射性同位數(shù)的原子核數(shù)按指數(shù)規(guī)律隨時間減少，其衰變速度用半衰期表示。第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)二二. .核輻射傳感器核輻射傳感器1.電離室 圖11.11為電離室示意圖。電離室兩側(cè)設(shè)有二塊平行極板，對其加上極化電壓E使二極板間形成電場。當(dāng)有粒子或射線射向二極板間空氣時，空氣分子被電離成正、負(fù)離子。帶電離子在電場作用下形成電離電流，并在外接電阻R上形成壓降。測量此壓降值即可得核輻射的強(qiáng)度。電離室主要用于探測、粒子，它具有堅固、穩(wěn)定、成本低、壽命長等優(yōu)點，但輸出電流很小。圖11.11為電離室示意圖第第

6、16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)2.氣體放電計數(shù)管(蓋格計數(shù)管)圖11.12 體放電計數(shù)管示意圖 正離子鞘到達(dá)陰極時得到一定的動能，能從陰極打出次級電子。由于此時陽極附近的電場已恢復(fù)，次級電子又能再一次產(chǎn)生正離子鞘和電壓脈沖，從而形成連續(xù)放電。若在計數(shù)管內(nèi)加入少量有機(jī)分子蒸汽或鹵族氣體，可以避免正離子鞘在陰極產(chǎn)生次級電子，而使放電自動停止。第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)氣體放電計數(shù)管的特性曲線如圖11-13所示。圖中I1、I2代表入射的核輻射強(qiáng)度，I1I2。由圖可見，在相同外電壓U時不同輻射強(qiáng)度將得到不同的脈沖數(shù)N。氣體放電計數(shù)管常用于探測粒子和射線。圖11-13 氣體放電計數(shù)管特性

7、曲線第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)3.閃爍計數(shù)器 當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時，晶體原子受激發(fā)光，透過晶體射到光電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。圖11-14 閃爍計數(shù)器示意圖第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)三三. .輻射檢測技術(shù)的應(yīng)用輻射檢測技術(shù)的應(yīng)用1.核輻射在線測厚儀2.核輻射物位計3.核輻射流量計4.核輻射探傷第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)一一. .激光檢測的物理基礎(chǔ)激光檢測的物理基礎(chǔ) 激光的形成條件激光的形成條件：(1)具有能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)具有能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物

8、質(zhì)增益增益介質(zhì)；介質(zhì)；(2)具有供給能量的激勵源；具有供給能量的激勵源；(3)具有提供反復(fù)進(jìn)行受激輻射場所的光學(xué)諧振腔。具有提供反復(fù)進(jìn)行受激輻射場所的光學(xué)諧振腔。 激光的特性激光的特性:(1)方向性強(qiáng)，亮度高方向性強(qiáng)，亮度高 (2)單色性好單色性好 (3)相干性好相干性好第四節(jié)第四節(jié) 激光激光(Laser)(Laser)檢測檢測第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)二二. .激光檢測技術(shù)的應(yīng)用激光檢測技術(shù)的應(yīng)用 激光技術(shù)用于檢測工作主要是利用激光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配以相應(yīng)的光電元件來實現(xiàn)的。它具有精度高、測量范圍大、檢測時間短、非接觸式等優(yōu)點，常用于測量長度、位移、速度、振動等參數(shù)。下

9、面介紹幾種應(yīng)用實例。1.激光測距激光測距2.激光測流速激光測流速3.激光測長激光測長4.激光測車速激光測車速第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)一一. .微波檢測的基本知識微波檢測的基本知識1.微波的性質(zhì)與特點(1)定向輻射的裝置容易制造；(2)遇到各種障礙物易于反射；(3)繞射能力較差；(4)傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等的影響很??；(5)介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強(qiáng)。第五節(jié)第五節(jié) 微波微波(Microwave)(Microwave)檢測檢測第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)2.微波振蕩器與微波天線微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波很短，頻率很高(300MHz300GHz)，要求振蕩回路具有非常微小的電容和電感，故不能用普通電子管和晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體元件。小型微波振蕩器也可以采用體效應(yīng)管。由微波振蕩器產(chǎn)生的震蕩信號需要用波導(dǎo)管(波長在10cm以上可用同軸線)傳輸，并通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線、介質(zhì)天線和隙縫天線等。第第16章章 近代檢測技術(shù)近代檢測技術(shù)二二. .微波傳感器微波傳感器1.反射式傳感器 這種傳感器通過檢測被測