09波式和射线式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第9章 波式和射线式传感器 9.1 红外传感器 9.2 超声波传感器 9.3 核辐射传感器 9.4 微波传感器 9.1 红外传感器 9.1.1 物理基础 红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在 红外光的最大特点是具有光热效应，能辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。红外辐射本质上是一种热辐射，自然界中的任何物体，只要其本身温度高于绝对零度，就会向外部空间不断地辐射红外线。 9.1.2 红外探测器 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。 热探测器 利用红外辐射的热效应、热探测器吸收红外辐射后，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能量。 光敏探测器 利用光电效应制成的红外探测器称为光敏探测器。 9.1 红外传感器 9.1.3 典型应用 1.热释电红外传感器 当一些晶体受热时，在晶体两端会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象，称为热释电效应。利用热释电效应原理工作的热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。 9.1 红外传感器 2.红外辐射测温仪 红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。红外辐射测温仪既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从 比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如钢铁、焦化和炉窑等应用现场。 1-被测对象 2-透镜 3-光电元件 4-运算放大电路 5-显示装置 6-调制盘 7-同步电机 8、9-滤光片 10-反射镜 11-分光棱镜 9.1 红外传感器 9.2.1 物理基础 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。 频率在之间 ，能为人耳所闻的机械波，称为声波；频率低于 的机械波，称为次声波；频率高于 的机械波，称为超声波。 9.2 超声波传感器 超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界上—部分超声波被反射，另—部分则透过分界面，在另一种介质内继续传播。这两种情况分别称为超声波的反射和折射 —入射角； 、 —纵波与横波的反射角； 、 —纵波与横波的折射角； 、 、 —入射介质、反射介质与折射介质内的纵波速度； 、 —反射介质与折射介质内的横波速度。 9.2 超声波传感器 9.2.2 工作原理 要以超声波作为检测手段，必须能产生超声波和接收超声波。超声波传感器，习惯上称为超声波换能器，或称超声波探头。 1.压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。常用的压电材料主要有压晶体和压电陶瓷。根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器(发射探头)和接收器(接收探头)两种。 2.磁致伸缩式超声波传感器 铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，称为磁致伸缩效应。 9.2 超声波传感器 9.2.3 典型应用 1.超声波测厚仪 9.2 超声波传感器 2.超声波物位计 超声波物位计是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性而工作的 3.超声波流量计 超声波流量检测是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。 4.超声波测距仪 超声波能在气体、液体及固体中一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射。 9.2 超声波传感器 5.超声波无损检测 超声波探伤是尤损探伤技术中的一种重要检测手段。它主要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材料的缺陷(如裂纹，气孔、杂质等)，并配合断裂学对材料使用寿命进行评价。 穿透法探伤 反射法探伤 9.2 超声波传感器 核辐射传感器的测量原理是基于核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射等物理特性。利用这些特性制成的传感器可以精确、迅速地检测各种参数，如物质的密度、液位、材料的成分、厚度以及覆盖层厚度、探测物体内部结构等。 9.3.