第11章 波式和射线式传感器_PPT课件
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最新第11章-波和射线式传感器PPT课件
➢ 超声波传感器具有多种用途，如防盗报警系统、自动门 启闭装置、汽车倒车传感器及各种电子设备的遥控装置。 目前超声波在检测技术中获得广泛应用，利用超声波的 各种物理特性，可以实现超声波测距、测厚、测流量、 无损探伤、超声成像。
➢ 随着信息技术的迅猛发展，新的超声波应用领域越来越 广泛，如工厂自动化和汽车电子设备正与日俱增，而且 不断得到扩展。
空气超声探头
a)超声发射器 b)超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
1.1.2 超声波传感器
➢不同工作方式的超声波传感器
☻超声波传感器使用时的两种形式：
•反射式 •直射式
发射探头（TX）
接收探头（RX）
ＴＸ ＲＸ a）兼用型
ＴＸ
电感性 电容性
fr fa
频率
• 超声波传感器在串联谐振频率
时阻抗最小。
fr: L、C、R 产生的串联谐振频率 fa：L、C、C’产生的并联谐振频
率 电抗特性
11.1.2 超声波传感器
➢ 在超声波发送器双压电振子上施加一定频率（40KHz）
的电压，通过逆压电效应，将电能转换为机械能，送出超 声波信号，接收探头经正压电效应将机械能转换成电信号， 转换电路将接收到的信号放大处理。
超声 波传 感器 1
超声 波传 感器 2
B1
B2
L
电路
管道
超声波测流量原理图
超声波流速检测(时间差法)
➢超声波在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的,分别 在流体上游和下游放两个传感器, 同时发送、接收，顺流和 逆流超声波传播时间分别为:
顺 流 ： t 1 c L ， 逆 流 ： t 2 c L ， 时 间 差 ： t t 2 t 1 c 2 2 L 2
➢ 随着信息技术的迅猛发展，新的超声波应用领域越来越 广泛，如工厂自动化和汽车电子设备正与日俱增，而且 不断得到扩展。
空气超声探头
a)超声发射器 b)超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
1.1.2 超声波传感器
➢不同工作方式的超声波传感器
☻超声波传感器使用时的两种形式：
•反射式 •直射式
发射探头（TX）
接收探头（RX）
ＴＸ ＲＸ a）兼用型
ＴＸ
电感性 电容性
fr fa
频率
• 超声波传感器在串联谐振频率
时阻抗最小。
fr: L、C、R 产生的串联谐振频率 fa：L、C、C’产生的并联谐振频
率 电抗特性
11.1.2 超声波传感器
➢ 在超声波发送器双压电振子上施加一定频率（40KHz）
的电压，通过逆压电效应，将电能转换为机械能，送出超 声波信号，接收探头经正压电效应将机械能转换成电信号， 转换电路将接收到的信号放大处理。
超声 波传 感器 1
超声 波传 感器 2
B1
B2
L
电路
管道
超声波测流量原理图
超声波流速检测(时间差法)
➢超声波在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的,分别 在流体上游和下游放两个传感器, 同时发送、接收，顺流和 逆流超声波传播时间分别为:
顺 流 ： t 1 c L ， 逆 流 ： t 2 c L ， 时 间 差 ： t t 2 t 1 c 2 2 L 2
第11章 射线式传感器
V: G-M工作区
2）闪烁计数器 闪烁计数器由闪烁体和光电倍 增管组成。光电倍增管只能放 大光信号不能直接放大射线信 号。 闪烁体先将辐射能变为光能， 光电倍增管再将光能变为电信 号进行探测放大。 物质受射线作用而被激发，受 激电子由激态跃迁到基态时发 射出脉冲状的光，这种现象称 为闪烁，而闪烁体就是一种能 产生这种现象的物质。
•
•
当没有外因作用时，同位素的原子核会自动产生核 结构的变化，称为核衰变；
同位素的原子在自动衰变过程中会放出射线，这种 同位素就称“放射性同位素”。
• 核素及符号表示
具有确定质子数和中子数的原子核称为核素。 核素是原子核的一种统称。
核
氦-4 碳-12 碳-13 碳-14
素 质子数
2 6 6 6
中子数 质量数 符 号
半衰期：通常用半衰期表示核素衰减速度 半衰期指， 放射性核数衰减到原始数目一半所用的时间，
一般用10倍半衰期表示放射性核素的寿命。
11.1.2 核辐射与物质间的相互作用 放射性同位素衰变时，放出一种特殊的，带有一定能量的 粒子或射线，这种现象称“核辐射”。
☻ 放射性同位素在衰变过程中能放出
☻ 核辐射与物质间的相互作用主要是通过
电离、吸收、反射作用。
电离作用：带电粒子在物质中穿行时会使物质的原子 发生电离，在它们经过的路程上形成离子对。其中：
• α粒子质量大，电荷量多， 电离能力最强但射程短；
•
β粒子质量小，电离较弱；
β
α
• γ粒子没有直接电离作用。
吸收、反射
α、β、γ射线穿透物质时，由于磁场作用，原子中
第11章 射线式传感器
主要内容
11.1 核辐射物理基础 11.2 射线式传感器 11.3 射线式传感器的应用
辐射与波式传感器PPT学习课件
1 红外辐射 ➢ 红外辐射的物理本质是热辐射，人、动物、植物、火、
水都有热辐射，只是波长不同而已；
➢ 一个炽热的物体向外辐射能量，大部分是通过红外线 辐射出来的，温度越高辐射红外线越多，辐射能越强。
4
10.1 红外传感器
➢ 红外辐射俗称红外线，是一种不可见光，其光谱位于可见 光中红色以外，所以称红外线，波长约 0.76～1000μm。
电自压发极去化除随后电，场大而多反数向电；介当电质场的移极去化后状，态保消留失的，部分但极铁化电量体即会剩保余持极化。 铁电体是某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化
方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具 有铁电性的晶体称为铁电体。
13
➢ 热释电材料 晶体、陶瓷、塑料等铁电体。
红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外 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。
红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测 器和光子探测器两大类。
9
工作原理：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，进而使某些有关物理参数发生相应 变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐 射。
光
热
电
12
铁电体
并非由外电场引起，而是由晶体内部结构引起的极化状态，称为自发极化。
在在外一定加温电度场范作围用内下、，单电位介晶胞质内中正的负带电电荷粒中子心（不电重合子，、形原成子偶核极等矩），将呈受现极到性电。 场这力种在的无作外用电，场正作电用荷下趋存向在的阴极极化、现负象电称荷为趋自向发阳极化极。，当结施果加电外介界质电的场一时，个自表 面发带极化正方电向，沿相电对场表方面向带趋负于一电致，；这当就外是电“场电倒极向化，而”且超过材料矫顽电场值时，
水都有热辐射，只是波长不同而已；
➢ 一个炽热的物体向外辐射能量，大部分是通过红外线 辐射出来的，温度越高辐射红外线越多，辐射能越强。
4
10.1 红外传感器
➢ 红外辐射俗称红外线，是一种不可见光，其光谱位于可见 光中红色以外，所以称红外线，波长约 0.76～1000μm。
电自压发极去化除随后电，场大而多反数向电；介当电质场的移极去化后状，态保消留失的，部分但极铁化电量体即会剩保余持极化。 铁电体是某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化
方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具 有铁电性的晶体称为铁电体。
13
➢ 热释电材料 晶体、陶瓷、塑料等铁电体。
红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外 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。
红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测 器和光子探测器两大类。
9
工作原理：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，进而使某些有关物理参数发生相应 变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐 射。
光
热
电
12
铁电体
并非由外电场引起，而是由晶体内部结构引起的极化状态，称为自发极化。
在在外一定加温电度场范作围用内下、，单电位介晶胞质内中正的负带电电荷粒中子心（不电重合子，、形原成子偶核极等矩），将呈受现极到性电。 场这力种在的无作外用电，场正作电用荷下趋存向在的阴极极化、现负象电称荷为趋自向发阳极化极。，当结施果加电外介界质电的场一时，个自表 面发带极化正方电向，沿相电对场表方面向带趋负于一电致，；这当就外是电“场电倒极向化，而”且超过材料矫顽电场值时，
第11章波式、射线式和红外传感器 170页PPT文档
在介质中传播方向的不同，超声波的波型也不 同，通常有三种形式
①纵波。质点振动方向与传播方向一致的 波为纵波。它能在固体、液体或气体中传播。
②横波。质点振动方向垂直于传播方向的 波称为横波，它只能在固体中传播。
11.1.1 超声波的基本性质
③表面波。质点振动介于纵波和横波之间， 介质表面受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，如图 所示。沿着固体表面传播，振幅随深度增加而迅 速衰减，实际上在距表面一个波长以上的地方， 振动己近消失。
①若r2c2≈r1c1，则R≈0，T≈1，此时声波几乎
没有反射，全部从第一介质透射入第二介质；
②若r2c2>>r1c1, R≈1，则声波在界面上几乎
全反射，透射极少。
③当r1c1>>r2c2时，也有R≈1。
11.1.1 超声波的基本性质
例如，20 ℃时水的声阻抗为r1c1＝1.48×106 kg/(m2∙s)，空气的声阻抗为r2c2＝0.000 429×106 kg/(m2∙s)，r1c1>>r2c2，故超声波从水中传播至
1.超声波测量厚度 超声波测厚主要有脉冲回波法，共振法、干
涉法等几种。应用较广的是脉冲回波法。 脉冲回波法测量试件厚度是先测量超声波脉
冲往返通过试件所需的时间间隔t，然后根据超声 波在试件中的传播速度c求出试件的厚度。
11.1.3 超声检测技术的应用
测量时超声波探头与被测物体表面接触；主 控制器控制发射电路发射一定频率的脉冲信号， 激发探头发射超声波脉冲进入试件，到达底面后 反射回来，并由同一探头接收。
b c2
(11.1)
亦即
c1 c2
sina sin b
11.1.1 超声波的基本性质
考虑到可能有波型转 换，如图所示，可写成统 一的公式如下
①纵波。质点振动方向与传播方向一致的 波为纵波。它能在固体、液体或气体中传播。
②横波。质点振动方向垂直于传播方向的 波称为横波，它只能在固体中传播。
11.1.1 超声波的基本性质
③表面波。质点振动介于纵波和横波之间， 介质表面受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，如图 所示。沿着固体表面传播，振幅随深度增加而迅 速衰减，实际上在距表面一个波长以上的地方， 振动己近消失。
①若r2c2≈r1c1，则R≈0，T≈1，此时声波几乎
没有反射，全部从第一介质透射入第二介质；
②若r2c2>>r1c1, R≈1，则声波在界面上几乎
全反射，透射极少。
③当r1c1>>r2c2时，也有R≈1。
11.1.1 超声波的基本性质
例如，20 ℃时水的声阻抗为r1c1＝1.48×106 kg/(m2∙s)，空气的声阻抗为r2c2＝0.000 429×106 kg/(m2∙s)，r1c1>>r2c2，故超声波从水中传播至
1.超声波测量厚度 超声波测厚主要有脉冲回波法，共振法、干
涉法等几种。应用较广的是脉冲回波法。 脉冲回波法测量试件厚度是先测量超声波脉
冲往返通过试件所需的时间间隔t，然后根据超声 波在试件中的传播速度c求出试件的厚度。
11.1.3 超声检测技术的应用
测量时超声波探头与被测物体表面接触；主 控制器控制发射电路发射一定频率的脉冲信号， 激发探头发射超声波脉冲进入试件，到达底面后 反射回来，并由同一探头接收。
b c2
(11.1)
亦即
c1 c2
sina sin b
11.1.1 超声波的基本性质
考虑到可能有波型转 换，如图所示，可写成统 一的公式如下
波式传感器讲解课件
波式传感器的应用领域
• 总结词：波式传感器广泛应用于工业自动化、智能制造、汽车电子等领 域，如振动监测、位移测量、液位控制等。
• 详细描述：波式传感器在工业自动化领域中广泛应用于设备的振动监测和故障诊断，通过实时监测设备的振动情况，可 以及时发现设备故障并进行预警，提高设备运行的安全性和稳定性。在智能制造领域中，波式传感器可以用于实现高精 度、高效率的加工和装配过程，提高生产效率和产品质量。在汽车电子领域中，波式传感器可以用于检测汽车发动机、 传动系统等部位的振动和位移，保证汽车的安全性和可靠性。此外，波式传感器还可以应用于医疗、环保、能源等领域， 为各行业的智能化和自动化提供有力支持。
2023
PART 02
波式传感器的类型与原理
REPORTING
电涡流式传感器
利用电涡流原理进行非接触式测量
电涡流式传感器通过高频交流电在导体中产生的电涡流进行工作，当导体接近传感 器时，传感器中的磁场会发生变化，从而检测出导体的存在和状态。
应用领域：主要用于金属材料的检测，如金属表面裂纹、厚度、硬度等。
2023
PART 06
总结与展望
REPORTING
波式传感器的重要地位与作用
波式传感器在测量领域中 的重要地位
波式传感器以其独特的测量原理和性能优势， 在测量领域中占据了重要地位。它能够实现 快速、准确、非接触的测量，广泛应用于各 种工业生产和科学研究中。
波式传感器的作用与影响
波式传感器在测量领域中的作用不可忽视。 它能够提高生产效率、降低成本、提升产品 质量。同时，波式传感器的发展和应用也对
应用领域：广泛应用于通信、医疗、工业等领域，如光纤通信、 光纤陀螺仪、光纤压力传感器等。
2023
波和射线式传感器
用于超声清洗:30~100KHz 用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz 用于雾化器:1~2MHz
空气超声探头
a)超声发射器 b)超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
1.1.2 超声波传感器
➢不同工作方式的超声波传感器
☻超声波传感器使用时的两种形式：
❖ 这一特点使得超声波应用变得非常简单，测量时可获得 较高的精确度，可以通过测量波的传播时间，测量距离、 厚度等。
11.1.1 超声波及物理特性
❖ 液体中声速传播速度在900～1900m/s，在 液体和气体中只有纵波的传播，传播速度与介 质密度有关:
c
1
B
,
为介质密度，B为绝对压缩系数
❖ 由于金属、木材、玻璃、混凝土、橡胶和纸张可近乎 反射100% 的超声速，因此检测这些物体时较容易发 现。而棉花、布、绒毛等物体吸收超声波，因此很难 用超声波检测。
➢ 超声波传感器具有多种用途，如防盗报警系统、自动门 启闭装置、汽车倒车传感器及各种电子设备的遥控装置。 目前超声波在检测技术中获得广泛应用，利用超声波的 各种物理特性，可以实现超声波测距、测厚、测流量、 无损探伤、超声成像。
➢ 随着信息技术的迅猛发展，新的超声波应用领域越来越 广泛，如工厂自动化和汽车电子设备正与日俱增，而且 不断得到扩展。
的电压，通过逆压电效应，将电能转换为机械能，送出超 声波信号，接收探头经正压电效应将机械能转换成电信号， 转换电路将接收到的信号放大处理。
超声波传感器的工作原理
11.1.3 超声波传感器基本电路
➢ 超声波传感器基本电路包括 振荡组成RC振 荡器，经门电路完成功 率放大，经CP耦合传送 给超声波振子产生超声 发射信号。
空气超声探头
a)超声发射器 b)超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
1.1.2 超声波传感器
➢不同工作方式的超声波传感器
☻超声波传感器使用时的两种形式：
❖ 这一特点使得超声波应用变得非常简单，测量时可获得 较高的精确度，可以通过测量波的传播时间，测量距离、 厚度等。
11.1.1 超声波及物理特性
❖ 液体中声速传播速度在900～1900m/s，在 液体和气体中只有纵波的传播，传播速度与介 质密度有关:
c
1
B
,
为介质密度，B为绝对压缩系数
❖ 由于金属、木材、玻璃、混凝土、橡胶和纸张可近乎 反射100% 的超声速，因此检测这些物体时较容易发 现。而棉花、布、绒毛等物体吸收超声波，因此很难 用超声波检测。
➢ 超声波传感器具有多种用途，如防盗报警系统、自动门 启闭装置、汽车倒车传感器及各种电子设备的遥控装置。 目前超声波在检测技术中获得广泛应用，利用超声波的 各种物理特性，可以实现超声波测距、测厚、测流量、 无损探伤、超声成像。
➢ 随着信息技术的迅猛发展，新的超声波应用领域越来越 广泛，如工厂自动化和汽车电子设备正与日俱增，而且 不断得到扩展。
的电压，通过逆压电效应，将电能转换为机械能，送出超 声波信号，接收探头经正压电效应将机械能转换成电信号， 转换电路将接收到的信号放大处理。
超声波传感器的工作原理
11.1.3 超声波传感器基本电路
➢ 超声波传感器基本电路包括 振荡组成RC振 荡器，经门电路完成功 率放大，经CP耦合传送 给超声波振子产生超声 发射信号。
11射线及波式传感器精品PPT课件
α、β射线分别是带正、负电荷的高速粒子流； γ射线不带电，是以光速运动的光子流，从原子核内放射出来； X射线是原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。
第11章 射线及波式传感器
2）核辐射与物质的相互作用 核辐射线的吸收、散射和反射
α、β、γ射线穿透过物质程中，一部分粒子能量被物质吸收，一部分粒子被散 射掉，能量衰减规律为
上就会产生电离作用，形成许多离子对，电离作用是带电粒子和 物质相互作用的主要形式。
α粒子（射线）由于能量、质量和带电量大，故电离作用最强， 但射程(带电粒子在物质中穿行时、能量耗尽前所经过的直线距离) 较短。
β粒子质量小，电离能力比同样能量的α粒子要弱，由于β粒子 易于散射，所以其行程是弯曲的。
γ粒子几乎没有直接的电离作用。
子核数衰变到一半所需要的时间，这个时间又称为放射性同位素的寿命。核辐 射检测除了要求使用半衰期比较长的同位素外，还要求放射出来的射线要有一 定的辐射能量。
第11章 射线及波式传感器
2、核辐射的物理特性 1） 核辐射 核辐射是放射性同位素衰变时，放射出具有一定能量和较高
速度的粒子束或射线。主要有四种：α射线、β射线、γ射线和X射 线射线。
第11章 射线及波式传感器
第11章 射线及波式传 感 器
一、射线式传感器 二、超声波传感器 三、微波传感器
第11章 射线及波式传感器
一、 射线式传感器
测量原理
利用核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射 等物理特性工作的传感器。可用来测量物质的密度、厚度，分析 气体成分，探测物体内部结构等，它是现代检测技术的重要部分。
成电场。在射线作用下，两极板间的气体被电离，形成正离子和电子，带电粒 子在电场作用下定向运动形成电流I，在外接电阻上便形成压降。电流I与气体 电离程度成正比，电离程度又正比于射线辐射强度，因此，测量电阻R上的电 压值子。 电离室的窗口直径约100mm左右。γ 射线的电离室同α、β的电离室不太 一样，由于γ射线不直接产生电离， 因而只能利用它的反射电子和增加室 内气压来提高γ光子与物质作用的有 效性，因此，γ射线的电离室必须密 闭。
第11章 射线及波式传感器
2）核辐射与物质的相互作用 核辐射线的吸收、散射和反射
α、β、γ射线穿透过物质程中，一部分粒子能量被物质吸收，一部分粒子被散 射掉，能量衰减规律为
上就会产生电离作用，形成许多离子对，电离作用是带电粒子和 物质相互作用的主要形式。
α粒子（射线）由于能量、质量和带电量大，故电离作用最强， 但射程(带电粒子在物质中穿行时、能量耗尽前所经过的直线距离) 较短。
β粒子质量小，电离能力比同样能量的α粒子要弱，由于β粒子 易于散射，所以其行程是弯曲的。
γ粒子几乎没有直接的电离作用。
子核数衰变到一半所需要的时间，这个时间又称为放射性同位素的寿命。核辐 射检测除了要求使用半衰期比较长的同位素外，还要求放射出来的射线要有一 定的辐射能量。
第11章 射线及波式传感器
2、核辐射的物理特性 1） 核辐射 核辐射是放射性同位素衰变时，放射出具有一定能量和较高
速度的粒子束或射线。主要有四种：α射线、β射线、γ射线和X射 线射线。
第11章 射线及波式传感器
第11章 射线及波式传 感 器
一、射线式传感器 二、超声波传感器 三、微波传感器
第11章 射线及波式传感器
一、 射线式传感器
测量原理
利用核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射 等物理特性工作的传感器。可用来测量物质的密度、厚度，分析 气体成分，探测物体内部结构等，它是现代检测技术的重要部分。
成电场。在射线作用下，两极板间的气体被电离，形成正离子和电子，带电粒 子在电场作用下定向运动形成电流I，在外接电阻上便形成压降。电流I与气体 电离程度成正比，电离程度又正比于射线辐射强度，因此，测量电阻R上的电 压值子。 电离室的窗口直径约100mm左右。γ 射线的电离室同α、β的电离室不太 一样，由于γ射线不直接产生电离， 因而只能利用它的反射电子和增加室 内气压来提高γ光子与物质作用的有 效性，因此，γ射线的电离室必须密 闭。
《辐射与波式传感器》课件
市场前景
1 2 3
工业领域
随着工业自动化和智能制造的推进，辐射与波式 传感器在工业领域的应用将不断扩大，市场潜力 巨大。
医疗健康
随着人们对健康需求的提高，辐射与波式传感器 在医疗健康领域的应用将逐渐增多，如监测人体 生理参数等。
环境监测
随着环保意识的提高，辐射与波式传感器在环境 监测领域的应用将逐渐增多，如监测空气质量、 水质等。
传感器的工作原理
转换原理
传感器将输入的物理量（如压力、温 度、湿度等）转换成电信号的过程。
敏感元件
直接感受被测量并输出与被测量成一 定关系的物理量（如位移、电阻、电 容等）的元件。
转换元件
将敏感元件输出的物理量转换成电信 号的元件。
测量电路
将转换元件输出的电信号转换成便于 处理和显示的形式。
传感器的分类
06
CATALOGUE
总结与展望
本课程的主要内容回顾
辐射与波式传感器的基本原理
传感器类型与特性
回顾了辐射和波式传感器的核心概念，包 括电磁波、声波和光波的传播原理，以及 它们在传感器设计中的应用。
详细介绍了不同类型的辐射与波式传感器 ，如红外、微波、超声波和光纤传感器， 以及它们的主要性能指标和特点。
按工作原理分类
电阻式、电容式、电感式、压 电式、热电式等。
按被测量分类
温度传感器、湿度传感器、压 力传感器、位移传感器等。
按输出信号分类
模拟式传感器和数字式传感器 。
按制造工艺分类
集成传感器、薄膜传感器和厚 膜传感器等。
03
CATALOGUE
辐射与波式传感器的应用
工业领域的应用
温度检测
辐射式传感器利用物体热辐射的特性 ，能够非接触地测量物体表面的温度 ，广泛应用于冶金、电力、陶瓷等行 业的温度监控。
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最常用的有80Co、137Cs、241Am及90Sr
放射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放射源一般为圆盘状，γ射线辐射源 一般为丝状、圆柱状或圆片状。 β厚度计放射源 容器如图
放射源容器图
2.探测器
探测器就是核辐射的接收器，常用的有电离 室、闪烁计数器和盖革计数管。 (1) 电离室
微波传感器可分为反射式与遮断式两种。
1.反射式传感器
这种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 这种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。
三、微波传感器的应用
1.微波液位计
超声波探头常用的材料是压电晶体和 压电陶瓷，这种探头统称为压电式超声波 探头。
它是利用压电材料的逆压电效应来工 作的。逆压电效应将高频电振动转换成高 频机械振动，以产生超声波，可作为发射 探头。而利用正压电效应则将接收的超声 振动转换成压电信号，可作为接收探头。
超声波探头的具体结构如图
超声波探头结构
(1)反射定律 入射角α的正弦与反射角α′的正弦之 比等于波速之比。当入射波和反射波的波型相同、
波速相等时，入射角α等于反射角α′。
(2)折射定律 入射角α的正弦与折射角β的正弦之 比等于入射波中介质的波速c1与折射波中介质的 波速c2之比，即
sin c1 sin c2
3.声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加， 能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律如下：
2. 核辐射
放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的 带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为放射 性或核辐射。其放出的粒子或射线有
(1)α粒子 (2)β粒子 (3)γ射线
3. 核辐射与物质的相互作用
核辐射与物质的相互作用主要是电离、吸收 和反射。
电离是带电粒子与物质相互作用的主要形式。 一个粒子在每厘米路径上生成离子对的数目，称 为比电离。带电粒子在物质中穿行，其能量逐渐 耗尽而停止，其穿行的一段直线距离叫粒子的射 程。
px p0ex
Ix I0e2x
px,lx——平面波在x处的声压和声强；
p0,l0——平面波在x=0处的声压和声强； α——
声波在介质中传播时，能量的衰减， 取定于声波的扩散、散射和吸收。
在理想介质中，声波的衰减仅来自于声波的扩散， 就是随着声波传播距离的增加，在单位面积内声 能将要减弱。
散射衰减就是声波在固体介质中颗粒界面上散射， 或在流体介质中有悬浮粒子使超声波散射是波长为1m～1mm的电磁波，既具有电 磁波的性质，又不同于普通的无线电波和光波。 微波相对于波长较长的电磁波具有下列特点：
①空间辐射的装置容易制造； ②遇到各种障碍物易于反射； ③绕射能力较差； ④传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等的影响 很小； ⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波 的吸收作用最强。
第十一章 波式和射线式传感器
第一节 超声波式传感器 第二节 微波式传感器 第三节 射线式传感器
第一节 超声波式传感器
一、超声波及其物理性质
频率在16～2×104Hz之间的机械波，能为人 耳所闻，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
超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力
a)发射探头
b)
1—导线 2—压电晶片
1—导线
2—弹簧
3—音膜 4—锥形罩
3—压电晶片 4—锥形罩
2.超声波测厚
超声波测量金属零件的厚度，具有测量精度 高，测试仪器轻便，操作安全简单，易于读数及 实行连续自动检测等优点。
超声波测厚常用脉冲回波法。脉冲回波法检 测厚度的工作原理如图
如果超声波在工件中的声速v是已知的， 设工件厚度为δ，脉冲波从发射到接收的时 间间隔T可以测量，因此可求出工件厚度为
接收天线接收的功率Pr可表示为
Pr
2
4π
PtGtGr s2 4d2
d——两天线与被测液面间的垂直距离； s —— Pt、Gt——发射天线发射的功率和增益； Gr——
2.
微波开关式物位计示意图
当被测物位低于设定物位时，接收天线接 收的功率为
Pr 4πs2PtGtGr
被测物位升高到天线所在高度时，接收天 线接收的功率为
强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十 米的厚度。超声波从一种介质入射到另一种介质 时,在介质面上会产生反射、折射和波型转换等现 象。
这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应 用，如超声波无损探伤、厚度测量、流速测量、 超声显微镜及超声成像等。
2.超声波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一介质，在 两介质的分界面上将发生反射和折射，见 图
而声波的吸收是由介质的导热性、粘滞性及弹性 滞后等造成的。吸收随声波频率的升高而增高。
二、超声波传感器的应用
1.超声波传感器
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波 和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波 传感器，习惯上称为超声波换能器，或超声波探 头。超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中 传到相介面经过反射后，再返回到接收探头，这 就是超声波测距原理。
辐射在穿过物质层后，其能量强度按指
II0exp h()
I0——入射到吸收体的辐射通量的强度； I ——穿过厚度为h(单位为cm)的吸收层后的辐射通量强度；
——线性吸收系数。
比值μ/ρ(ρ是密度)叫做质量吸收系数，常用 表 示。
二、射线式传感器
射线式传感器主要由放射源和探测器组成。
1. 放射源
利用射线式传感器进行测量时，都要有可发射出α、β 粒子或γ射线放射源（也称辐射源）。选择射线源应以尽 量提高检测灵敏度和减小统计误差为原则。
Pr P0
第三节 射线式传感器
一、核辐射的物理基础
1. 放射性同位素
凡原子序数相同而原子质量不同的元素，在元素周期 表中占同一位置故称之为同位素。原子如果不是由于外来 的原因，而自发的产生核结构变化称为核衰变，具有核衰 变性质的同位素，叫做放射性同位素。
放射性元素从N0个原子衰变到N0/2个原子所经历的 时间，称为半衰期。
放射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放射源一般为圆盘状，γ射线辐射源 一般为丝状、圆柱状或圆片状。 β厚度计放射源 容器如图
放射源容器图
2.探测器
探测器就是核辐射的接收器，常用的有电离 室、闪烁计数器和盖革计数管。 (1) 电离室
微波传感器可分为反射式与遮断式两种。
1.反射式传感器
这种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 这种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。
三、微波传感器的应用
1.微波液位计
超声波探头常用的材料是压电晶体和 压电陶瓷，这种探头统称为压电式超声波 探头。
它是利用压电材料的逆压电效应来工 作的。逆压电效应将高频电振动转换成高 频机械振动，以产生超声波，可作为发射 探头。而利用正压电效应则将接收的超声 振动转换成压电信号，可作为接收探头。
超声波探头的具体结构如图
超声波探头结构
(1)反射定律 入射角α的正弦与反射角α′的正弦之 比等于波速之比。当入射波和反射波的波型相同、
波速相等时，入射角α等于反射角α′。
(2)折射定律 入射角α的正弦与折射角β的正弦之 比等于入射波中介质的波速c1与折射波中介质的 波速c2之比，即
sin c1 sin c2
3.声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加， 能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律如下：
2. 核辐射
放射性同位素在衰变过程中放出一种特殊的 带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为放射 性或核辐射。其放出的粒子或射线有
(1)α粒子 (2)β粒子 (3)γ射线
3. 核辐射与物质的相互作用
核辐射与物质的相互作用主要是电离、吸收 和反射。
电离是带电粒子与物质相互作用的主要形式。 一个粒子在每厘米路径上生成离子对的数目，称 为比电离。带电粒子在物质中穿行，其能量逐渐 耗尽而停止，其穿行的一段直线距离叫粒子的射 程。
px p0ex
Ix I0e2x
px,lx——平面波在x处的声压和声强；
p0,l0——平面波在x=0处的声压和声强； α——
声波在介质中传播时，能量的衰减， 取定于声波的扩散、散射和吸收。
在理想介质中，声波的衰减仅来自于声波的扩散， 就是随着声波传播距离的增加，在单位面积内声 能将要减弱。
散射衰减就是声波在固体介质中颗粒界面上散射， 或在流体介质中有悬浮粒子使超声波散射是波长为1m～1mm的电磁波，既具有电 磁波的性质，又不同于普通的无线电波和光波。 微波相对于波长较长的电磁波具有下列特点：
①空间辐射的装置容易制造； ②遇到各种障碍物易于反射； ③绕射能力较差； ④传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等的影响 很小； ⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波 的吸收作用最强。
第十一章 波式和射线式传感器
第一节 超声波式传感器 第二节 微波式传感器 第三节 射线式传感器
第一节 超声波式传感器
一、超声波及其物理性质
频率在16～2×104Hz之间的机械波，能为人 耳所闻，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
超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力
a)发射探头
b)
1—导线 2—压电晶片
1—导线
2—弹簧
3—音膜 4—锥形罩
3—压电晶片 4—锥形罩
2.超声波测厚
超声波测量金属零件的厚度，具有测量精度 高，测试仪器轻便，操作安全简单，易于读数及 实行连续自动检测等优点。
超声波测厚常用脉冲回波法。脉冲回波法检 测厚度的工作原理如图
如果超声波在工件中的声速v是已知的， 设工件厚度为δ，脉冲波从发射到接收的时 间间隔T可以测量，因此可求出工件厚度为
接收天线接收的功率Pr可表示为
Pr
2
4π
PtGtGr s2 4d2
d——两天线与被测液面间的垂直距离； s —— Pt、Gt——发射天线发射的功率和增益； Gr——
2.
微波开关式物位计示意图
当被测物位低于设定物位时，接收天线接 收的功率为
Pr 4πs2PtGtGr
被测物位升高到天线所在高度时，接收天 线接收的功率为
强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十 米的厚度。超声波从一种介质入射到另一种介质 时,在介质面上会产生反射、折射和波型转换等现 象。
这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应 用，如超声波无损探伤、厚度测量、流速测量、 超声显微镜及超声成像等。
2.超声波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一介质，在 两介质的分界面上将发生反射和折射，见 图
而声波的吸收是由介质的导热性、粘滞性及弹性 滞后等造成的。吸收随声波频率的升高而增高。
二、超声波传感器的应用
1.超声波传感器
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波 和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波 传感器，习惯上称为超声波换能器，或超声波探 头。超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中 传到相介面经过反射后，再返回到接收探头，这 就是超声波测距原理。
辐射在穿过物质层后，其能量强度按指
II0exp h()
I0——入射到吸收体的辐射通量的强度； I ——穿过厚度为h(单位为cm)的吸收层后的辐射通量强度；
——线性吸收系数。
比值μ/ρ(ρ是密度)叫做质量吸收系数，常用 表 示。
二、射线式传感器
射线式传感器主要由放射源和探测器组成。
1. 放射源
利用射线式传感器进行测量时，都要有可发射出α、β 粒子或γ射线放射源（也称辐射源）。选择射线源应以尽 量提高检测灵敏度和减小统计误差为原则。
Pr P0
第三节 射线式传感器
一、核辐射的物理基础
1. 放射性同位素
凡原子序数相同而原子质量不同的元素，在元素周期 表中占同一位置故称之为同位素。原子如果不是由于外来 的原因，而自发的产生核结构变化称为核衰变，具有核衰 变性质的同位素，叫做放射性同位素。
放射性元素从N0个原子衰变到N0/2个原子所经历的 时间，称为半衰期。