3-6波與射線傳感器

主要內(nèi)容6.1超聲波傳感器6.2紅外線傳感器6.3核輻射傳感器3-6波與射線傳感器聲波頻率界限人耳聽見的波稱聲波（機(jī)械波）頻率在16—20KHz；次聲波———低于20Hz；超聲波———高于20KHz.聲波頻率界限6.1超聲波傳感器

6.1.1超聲波及物理特性3-6波與射線傳感器6.1超聲波傳感器

6.1.1超聲波及物理特性超聲波技術(shù)

是以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù);

通過超聲波的產(chǎn)生傳播接受等物理過程完成。超聲波傳感器主要功能是產(chǎn)生、接收超聲波信號(hào)。根據(jù)超聲波的各種物理特性，使它在檢測(cè)技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用。如：超聲波測(cè)距、測(cè)厚、測(cè)流量、無損探傷、超聲成像。3-6波與射線傳感器超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透能力強(qiáng)，特別是不透光的固體能穿透幾十米；當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換。超聲波為直線傳播方式，頻率越高繞射越弱，但反射越強(qiáng)，利用這種性質(zhì)可以制成超聲波測(cè)距傳感器。超聲波在空氣中傳播速度較慢，為340m/s，這一特點(diǎn)使得超聲波應(yīng)用變得非常簡(jiǎn)單，可以通過測(cè)量波的傳播時(shí)間，測(cè)量距離、厚度等。6.1超聲波傳感器

6.1.1超聲波及物理特性3-6波與射線傳感器聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)隨距離的增加能量逐漸衰減，衰減規(guī)律用聲的能量描述：聲壓

聲強(qiáng)

：聲波與聲源之間距離；

：衰減系數(shù)Np/m（奈培/米）；:為X=0處聲壓、聲強(qiáng)；

聲波隨X增加聲能由于擴(kuò)散吸收而減弱。6.1超聲波傳感器

6.1.1超聲波及物理特性3-6波與射線傳感器目前市場(chǎng)銷售的超聲波傳感器有兩種形式：

專用型、兼用型產(chǎn)品通常標(biāo)有諧振中心頻率：

23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz。

超聲波傳感器有發(fā)射、接收兩部分發(fā)射元件；利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生超聲波；接收元件；利用壓電材料正壓電效應(yīng)，將超聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器3-6波與射線傳感器

不同超聲波傳感器工作方式超聲波傳感器使用時(shí)的兩種形式：反射式、直射式6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器c)反射式ＲＸＴＸＴＸＲＸa）兼用型ＴＸＲＸ專用型b)直射式發(fā)射探頭（TX）接收探頭（RX）3-6波與射線傳感器各種超聲波傳感器產(chǎn)品6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器3-6波與射線傳感器超聲波傳感器等效電路6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器C’CLR等效電路電感性電容性頻率frfafr:L、C、R產(chǎn)生的串聯(lián)諧振頻率fa：L、C、C’產(chǎn)生的并聯(lián)諧振頻率電抗特性超聲波傳感器可等效為一個(gè)RLC的串并聯(lián)諧振電路。由電抗特性可見中間是電感性，兩邊是電容性，這是超聲波傳感器所特有的。其中頻率低的fr：L、C、R產(chǎn)生的串聯(lián)諧振頻率；頻率高的fa：L、C、C’產(chǎn)生的并聯(lián)諧振頻率超聲波傳感器在串聯(lián)諧振頻率時(shí)阻抗最小。3-6波與射線傳感器

在超聲波發(fā)送器雙振子施加40KHz電壓，通過逆壓電效應(yīng)，使壓電振子振動(dòng)發(fā)送出超聲波信號(hào)。接收探頭經(jīng)正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換電路將接收到的信號(hào)放大處理。

超聲波傳感器的工作原理6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器超聲波傳感器結(jié)構(gòu)雙壓電振子圓錐形共振盤柵孔3-6波與射線傳感器6.1超聲波傳感器

6.1.2超聲波傳感器壓電晶片為圓形薄片，超聲波頻率f與圓片厚度成反比；阻尼塊吸收聲能，降低機(jī)械品質(zhì)，無阻尼時(shí)，電脈沖停止晶片會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)脈沖寬度，使分辨率變差。超聲波探頭結(jié)構(gòu)xie3-6波與射線傳感器超聲波測(cè)液位hhsh2ah2as超聲波在液體中傳播測(cè)量超聲波在空氣中傳播測(cè)量單換能器從發(fā)射到接收的時(shí)間

：t=2h/C傳感器到液面的距離：

h=ct/2雙換能器經(jīng)過的路程：2S=ct液位高度：C：超聲波在介質(zhì)中傳播速度3-6波與射線傳感器發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路：由反向器①②組成RC振蕩器經(jīng)門電路完成功率放大，經(jīng)CP耦合傳送給超聲波振子產(chǎn)生超聲發(fā)射信號(hào)。

6.1超聲波傳感器

6.1.3超聲波傳感器測(cè)距原理超聲波傳感器發(fā)射基本電路超聲波傳感器測(cè)距基本電路主要由振蕩發(fā)射電路、檢測(cè)電路兩部分組成：振蕩器頻率調(diào)整3-6波與射線傳感器超聲波傳感器接收電路檢測(cè)電路：超聲波信號(hào)極微弱，需要增益高的放大電路用于檢測(cè)反射波，輸出的高頻信號(hào)電壓接檢波、放大、開關(guān)電路輸出或報(bào)警。6.1超聲波傳感器

6.1.3超聲波傳感器測(cè)距原理100倍放大3-6波與射線傳感器超聲波測(cè)距模塊：最大距離600cm，最小距離2cm功放40KHzOSC

定時(shí)器前置放大檢波平方放大輸出VCC12V三位顯示器被測(cè)物發(fā)送，由555構(gòu)成多諧振蕩器，RC電路產(chǎn)生40KHz等幅波放大送功放輸出；接收，放大、檢波，信號(hào)處理根據(jù)被測(cè)物體的基準(zhǔn)距離設(shè)定反射脈沖時(shí)間，調(diào)整振蕩器觸發(fā)時(shí)間。定時(shí)器控制觸發(fā)電路和門電路。3-6波與射線傳感器

測(cè)距原理：周期T=1/20=50ms340m/s×50ms=17m17m/2=8５0cm

時(shí)鐘周期T=1/40KHz=25μm340m/s（n×25μs）=

往返距離單程距離=距離/240KHz高頻信號(hào)與20Hz周期信號(hào)調(diào)制成短脈沖群向外發(fā)送，測(cè)距通過定時(shí)控制電路、觸發(fā)電路、門電路變換為與距離有關(guān)的信號(hào)，用時(shí)鐘脈沖對(duì)這個(gè)信號(hào)的發(fā)送和接收之間的延遲時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出值就是檢測(cè)的距離。超聲波測(cè)距原理時(shí)序波形示意圖6.1超聲波傳感器

6.1.3超聲波傳感器測(cè)距原理3-6波與射線傳感器各種超聲波測(cè)厚傳感器超聲波測(cè)流量超聲波頻譜分析6.1超聲波傳感器

6.1.4超聲波傳感器應(yīng)用3-6波與射線傳感器超聲波探傷傳感器醫(yī)學(xué)超聲波檢測(cè)超聲波測(cè)液位

6.1超聲波傳感器

6.1.4超聲波傳感器應(yīng)用3-6波與射線傳感器6.1超聲波傳感器

6.1.4超聲波傳感器應(yīng)用3-6波與射線傳感器紅外傳感器按應(yīng)用可分為：熱成像遙感技術(shù)；紅外搜索、跟蹤目標(biāo)、確定位置；紅外輻射測(cè)量；通訊；測(cè)距等。紅外輻射是介于可見光和微波之間的電磁波，因?yàn)榧t外波長(zhǎng)比無線電波的波長(zhǎng)短，所以紅外儀器的空間分辨率比雷達(dá)高；紅外波長(zhǎng)比可見光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此紅外線透過陰霾的能力比可見光強(qiáng)。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，人、動(dòng)物、火、水、植物都有熱輻射，只是波長(zhǎng)不同而已，一個(gè)識(shí)熱的物體向外輻射能量大部分是通過紅外線輻射出來的，溫度越高，輻射紅外線越多，輻射能越強(qiáng)。6.2紅外線傳感器3-6波與射線傳感器6.2.1紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線是一種不可見光，其光譜位于可見光中紅色以外，所以稱紅外線，波長(zhǎng)約0.75～1000μm。工程上把紅外線占據(jù)在電磁波譜中的位置（波段）分為:

近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四個(gè)波段。

紅外線和電磁波一樣，以波的形式在空間傳播，

紅外線在通過大氣層時(shí)，有三個(gè)波段通過率最高：2～2.6μm,

3～5μm,

8～14μm6.2紅外線傳感器因?yàn)榭諝庵械?、氧、氫不吸收紅外，使大氣層對(duì)不同的波長(zhǎng)紅外線存在不同吸收帶，這三個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)技術(shù)非常重要，紅外探測(cè)器一般工作在這三個(gè)波段。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.2紅外輻射探測(cè)器紅外傳感器有兩部分組成：1）紅外輻射源，有紅外輻射的物體就可以視為紅外輻射源，根據(jù)輻射原的幾何尺寸、距離遠(yuǎn)近可視為點(diǎn)源和面源（基準(zhǔn)—黑體爐）；2）紅外探測(cè)器，能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的熱敏和光敏器件。紅外探測(cè)器主要有兩大類型：1）熱探測(cè)器（熱電型）包括有：熱釋電、熱敏電阻、熱電偶等；2）光子探測(cè)器（量子型），利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下產(chǎn)生光電子效應(yīng)，材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化；其中有光敏電阻、光電管、光電池等。量子型光子探測(cè)器與光電傳感器原理相同，本節(jié)主要介紹熱電型紅外探測(cè)器。3-6波與射線傳感器熱釋電效應(yīng)熱釋電元件基于物體的熱效應(yīng)，首先將光輻射能變成材料自身的溫度，利用器件溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；包括了光—熱—電，兩次信息變換過程；光——熱階段，物質(zhì)吸收光能，溫度升高；熱——電階段，利用某種效應(yīng)將熱轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

熱釋電材料：有晶體、陶瓷、塑料等鐵電體；

熱釋電結(jié)構(gòu)：把具有熱釋電效應(yīng)的晶體薄片兩面鍍上電極（類似電容），為使晶體吸收紅外線，將透明電極涂上黑色膜。P黑色膜電極透明電極ΔP熱探測(cè)器利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器吸收輻射能后引起溫度升高，使其它物理量變化；如熱釋電、熱敏電阻、熱電偶、氣體等。3-6波與射線傳感器

晶體本身具有一定極化強(qiáng)度，當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體表面時(shí)，薄片溫度T升高，使極化強(qiáng)度P降低，表面電荷Q減少，釋放部分電荷，所以稱熱釋電。溫度一定時(shí)極化產(chǎn)生的電荷被附集在外表的自由電荷慢慢中和，不顯電性，熱釋電材料要顯示出電特性，熱釋電傳感器需要用光調(diào)制器，使溫度變化，調(diào)制器的入射光頻率必須大于中合時(shí)間的頻率。

ΔPPΔTT/℃自發(fā)極化P黑色膜電極透明電極ΔP3-6波與射線傳感器鐵電體在溫度變化時(shí)極化強(qiáng)度發(fā)生變化，表面產(chǎn)生電荷，升溫或降溫時(shí)電荷極性相反。無論溫度上升還是下降，介質(zhì)從帶電到不帶電有一個(gè)中合時(shí)間，為使電荷不被中和掉，必須使晶體處于冷熱交替變化的工作狀態(tài)，使電荷表現(xiàn)出來。電極ΔTTONOFF自發(fā)極化被中合，TP，中合，TP，中合

所以熱釋電傳感器必須用光調(diào)制器，使調(diào)制光的頻率大于中合頻率。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.2紅外輻射探測(cè)器

熱釋電元件熱釋電元件可視為電流源，產(chǎn)生的是電荷下式說明熱釋電材料只有在溫度變化時(shí)才產(chǎn)生電流、電壓：式中：S—元件面積；P—極化強(qiáng)度；g—熱釋電系數(shù)。熱釋電元件結(jié)構(gòu)熱釋電元件因紅外線照射產(chǎn)生熱量，似乎與波長(zhǎng)無關(guān)，但元件的窗口選用不同材料做濾光器，通過波長(zhǎng)選擇確定是哪個(gè)范圍內(nèi)波長(zhǎng)產(chǎn)生的熱。有鈮酸鍶鋇、鉭酸鋰，工作溫度-40～+85℃，工作視角８5°。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.2紅外輻射探測(cè)器熱釋電元件絕緣電阻很高，幾十～幾百兆歐，容易引入噪聲，熱釋電元件的電荷要加到電阻形成電壓輸出，使用時(shí)要求有較高的輸入電阻，還需用FET進(jìn)行阻抗變換。通常熱釋電傳感器已經(jīng)將前極的場(chǎng)效應(yīng)管FET和輸入電阻安裝在管殼中。

熱釋電元件等效電路輸出電壓：

熱釋電元件等效電路OUT+VGNDRsRg3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.2紅外輻射探測(cè)器光量子型是利用光電效應(yīng)，通過改變電子能量的狀態(tài)引起電學(xué)現(xiàn)象，光量子型傳感器有：光電導(dǎo)型（PC），電阻受光照后引起電阻變化；光電型（PV），由于光照產(chǎn)生光生電子——空穴對(duì)；光電磁型（PEM），利用光電磁PEM效應(yīng)，器件加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的同時(shí)產(chǎn)生與光照成正比的感應(yīng)電荷；肖特基型（ST），金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢(shì)壘隨光照而變化。區(qū)別：光量子型光電探測(cè)器探測(cè)的波長(zhǎng)較窄，而熱探測(cè)器幾乎可以探測(cè)整個(gè)紅外波長(zhǎng)范圍。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外傳感器可用于紅外測(cè)溫、遙控器、紅外監(jiān)控報(bào)警器；紅外攝象機(jī)、夜視鏡；控制裝置中的自動(dòng)門、干手機(jī)、自動(dòng)水龍頭等等；紅外無損檢測(cè)，通過測(cè)量熱流或熱量來檢測(cè)鑒定金屬或非金屬材料的質(zhì)量和內(nèi)部缺陷；紅外成像技術(shù)，紅外變像管成像、紅外攝像管成像、電荷耦合器件（CCD）成像。許多場(chǎng)合人們不僅需要知道物體表面平均溫度，更需要了解物體的溫度分布情況，以便分析研究物體的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷和狀況，紅外成像技術(shù)就是將物體的溫度分布以圖象的形式直觀地顯示出來。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用熱釋電紅外報(bào)警控制電路人體輻射紅外線波長(zhǎng)6～12μm，溫度36°～37°；人活動(dòng)的頻率范圍一般在0.1～10Hz之間；熱釋電元件可檢測(cè)到10M距離，85°的水平視角范圍；傳感器將熱——電信號(hào)送運(yùn)放A放大，反饋電阻1.5M可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)；低通排除干擾；輸出直流信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器告警。熱釋電電流小工作電流很小。圖中自動(dòng)門由熱釋電紅外傳感器檢測(cè)是否有人出入，由單穩(wěn)態(tài)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。自動(dòng)門控制電路1.5M增益100倍3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外光束報(bào)警電路為防止防盜報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)，監(jiān)控系統(tǒng)不僅嚴(yán)格場(chǎng)地要求，還需通過各種監(jiān)測(cè)方式、多方位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。下圖中，通過兩只串聯(lián)的LED發(fā)射紅外光束，另外兩只并聯(lián)的紅外光敏器件接收紅外光束，兩只管子的間距是小于75mm，小于人體的肩厚度。每只光敏管可測(cè)到由兩只LED中任意一只發(fā)射的光信號(hào)，只有當(dāng)兩條光束同時(shí)被遮擋阻斷時(shí)接收器才觸發(fā)報(bào)警，也就是說只有大于75mm的物體遮擋時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，電路可防止蚊蟲、飛蛾導(dǎo)致的誤報(bào)。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外報(bào)警電路3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外報(bào)警電路3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用反射式紅外傳感器工作原理和電路形式3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外測(cè)溫P185紅外測(cè)溫系統(tǒng)中各元件的作用？光調(diào)制盤紅外測(cè)溫是目前較先進(jìn)的測(cè)溫方法，特點(diǎn)有：1.遠(yuǎn)距離、非接觸測(cè)量，適應(yīng)于高速、帶電、高溫、高壓；2.反映速度快，不需要達(dá)到熱平衡過程，反映時(shí)間在μs量級(jí)；3.靈敏度高，輻射能與溫度T成正比；4.準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.1℃內(nèi)；5.應(yīng)用范圍廣泛，0下～上千度。3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外遙控發(fā)射、接收電路NE555振蕩器3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外傳感器應(yīng)用紅外傳感器調(diào)制解調(diào)電路輸出波形3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.3紅外輻射應(yīng)用紅外探測(cè)制導(dǎo)空空導(dǎo)彈紅外攝像3-6波與射線傳感器6.2紅外線傳感器

6.2.2紅外輻射應(yīng)用紅外測(cè)溫紅外報(bào)警3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

輻射是一種完美的測(cè)量方法，在射線通過被測(cè)物時(shí)會(huì)伴隨著能量的損失，只要得到確切的損失量，那么就可以準(zhǔn)確地了解到被測(cè)物的厚度、吸收系數(shù)（CT值）和強(qiáng)度等參數(shù)。3-6波與射線傳感器海關(guān)X射線掃描儀6.3核輻射傳感器定義：核輻射傳感器是將入射核輻射（粒子）的全部或部分能量轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)的信號(hào)（如電流、電壓信號(hào)）的裝置。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)

（1）原子核

中子n(udd)質(zhì)子P(uud)現(xiàn)代原子核的組成原子

核素及符號(hào)表示，核素是原子核的一種統(tǒng)稱核素：具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱做核素。核素表示符號(hào)核素質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)符號(hào)氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)

12C質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)名稱質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)舉例同位素相同不同不同1H2H3H同中子素不同相同不同2H3He同量素不同不同相同3H3He其它：穩(wěn)定核素和不穩(wěn)定核素，穩(wěn)定同位素和不穩(wěn)定同位素，放射性核素和非放射性核素。最常用的兩個(gè)術(shù)語：核素和同位素常用名詞術(shù)語3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)

凡是原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量不同的元素，在元素周期表中占同一位置，稱同位素。當(dāng)沒有外因作用時(shí)，同位素的原子核會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生核結(jié)構(gòu)的變化，稱為核衰變。不穩(wěn)定核素通過放出射線而蛻變成另一種原子核的過程；同位素的原子在自動(dòng)衰變過程中會(huì)放出射線，這種同位素就稱“放射性同位素”（2）核衰變與核輻射核衰變3-6波與射線傳感器放射性衰減規(guī)律——t=0的原子核數(shù)；

——t時(shí)刻原子核數(shù)；——衰減常數(shù)（對(duì)每一種核為一常數(shù),不同核素值不同）

上式可見，放射性核素?cái)?shù)隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減；半衰期：放射性核素衰減到原始數(shù)目一半所用的時(shí)間，一般用10倍半衰期表示放射性核素的壽命。（2）核衰變與核輻射6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器一般用單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的次數(shù)來表示放射性的強(qiáng)弱，稱放射性活（強(qiáng)）度。放射性強(qiáng)度單位：貝可（Bq）I——t時(shí)間的強(qiáng)度；I0——初始強(qiáng)度；

（2）核衰變與核輻射6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器不穩(wěn)定的原子核衰變時(shí)發(fā)射出的、載能的、亞原子粒子，有的帶電有的不帶電。包括α、β、γ

中子質(zhì)子裂變碎片等。這種現(xiàn)象稱“核輻射”放射性同位素在衰變過程中能放出α、β、γ三種射線，其中：α射線由帶正電的α粒子組成（如氦核）；β射線由帶負(fù)電的β粒子組成（如電子）；γ射線由中性的光子組成。（2）核衰變與核輻射6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器α衰變新元素Sg衰變?yōu)镽f鑪β-衰變產(chǎn)生電子e,反中微子v’β+衰變F氟產(chǎn)生正電子e,中微子v’，O變氧

衰變Dy鏑放出γ射線，能態(tài)變化，原子量、原子序數(shù)不變自然界常見的核衰變示例：6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器核輻射與物質(zhì)間的相互作用主要是電離、吸收、反射電離作用：

帶電粒子在物質(zhì)中穿行時(shí)會(huì)使物質(zhì)的原子發(fā)生電離，在它們經(jīng)過的路程上形成離子對(duì)。其中：α粒子質(zhì)量大，電荷量多，電離能力最強(qiáng)，但射程短；

β粒子質(zhì)量小，電離較弱；

γ粒子沒有直接電離作用。（3）核輻射與物質(zhì)間的相互作用6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器吸收、反射

α、β、γ射線穿透物質(zhì)時(shí)，由于磁場(chǎng)作用原子中電子會(huì)產(chǎn)生共振，振動(dòng)的電子形成散射的電磁波源，使粒子和射線能量被吸收和衰減。α射線穿透能力最弱，在空氣中運(yùn)行軌跡為直線；β射線次之，穿行時(shí)由于與物質(zhì)原子發(fā)生能量交換而改變方向產(chǎn)生散射，在空氣中運(yùn)行軌跡為折線；γ射線穿透能力最強(qiáng)，能穿透幾十厘米厚固體物質(zhì)，在氣體中可穿透數(shù)米，因此γ射線廣泛用于醫(yī)療診斷、金屬探傷等。（3）核輻射與物質(zhì)間的相互作用6.3核輻射傳感器

6.3.1核輻射物理基礎(chǔ)3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器射線式傳感器通常有兩種主要形式：一種是測(cè)量放射性物質(zhì)的放射線，例如測(cè)量天然放射性的U、Th、K和這三個(gè)量的總量；另一種方式是利用放射性同位素測(cè)量非放射性物質(zhì)，根據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)輻射線的吸收、反射進(jìn)行檢測(cè)，或者利用射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用。后者射線式傳感器主要由放射源和探測(cè)器組成。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器

（1）輻射源輻射源的種類很多，一般選用半衰期較長(zhǎng)的同位素，強(qiáng)度合適的輻射源。常用同位素源有：放射源半衰期射線種類能量（銫）33.2年、0.6614（镅）470年、5.4827（钚）86年12-21（鈷）5.26年、0.31,1.17,1.33（鍶）19.9年0.54,2.24（鐵）2.7年5.93-6波與射線傳感器

輻射源的結(jié)構(gòu)：應(yīng)使射線從測(cè)量方向射出，其它方向應(yīng)盡量減少劑量，減少對(duì)人體的危害。其它方向可以用鉛進(jìn)行屏蔽，鉛有極強(qiáng)的抗輻射穿透能力。射線源結(jié)構(gòu)一般為絲狀、圓拄狀、圓片狀。輻射劑量，照射量率——微侖6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器3-6波與射線傳感器反應(yīng)堆放射性警示標(biāo)記核燃料棒6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器（2）探測(cè)器探測(cè)器是檢測(cè)輻射的接收器件或裝置，常用的有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器、蓋格計(jì)數(shù)管、正比計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測(cè)器。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器

（2）探測(cè)器3-6波與射線傳感器電離室，電離室是在空氣中或充有惰性氣體的裝置中，設(shè)置一個(gè)平行極板電容器，加幾百伏高壓。高壓在極板間產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)粒子或射線射向兩極板之間的空氣時(shí)，在電場(chǎng)作用下正離子趨（2）探測(cè)器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器射線向負(fù)極板，電子趨向正極板，產(chǎn)生電離電流。在外電路接一電阻R就可形成響應(yīng)電壓，電阻R的電壓降代表輻射的強(qiáng)度。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器

電離室外加電壓增大，電流趨于飽和，一般工作在飽和區(qū)，使輸出電流與外加電壓無關(guān)，輸出只正比于射線到電離室的輻射強(qiáng)度。電離室主要用于探測(cè)α、β射線。

α、β、γ電離室不能通用，不同粒子相同條件下效率相差很大。（2）探測(cè)器射線3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器蓋格計(jì)數(shù)管

蓋格計(jì)數(shù)管也稱氣體放電計(jì)數(shù)器。一個(gè)密封玻璃管，中間是陽極用鎢絲材料制作，玻璃管內(nèi)壁涂一層導(dǎo)電物質(zhì)或是一個(gè)金屬圓管作陰極，內(nèi)部抽空充惰性氣體（氖、氦）、鹵族氣體。

蓋格計(jì)數(shù)管上電壓U一定時(shí)，射線入射越強(qiáng)電流I越大，輸出脈沖數(shù)N越大，a、b段稱“坪”；蓋格計(jì)數(shù)管主要用于探測(cè)β粒子和γ射線。射線kA3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器閃爍計(jì)數(shù)器

閃爍計(jì)數(shù)器由閃爍體和光電倍增管組成，當(dāng)閃爍體受到輻射時(shí)閃爍體的原子受激發(fā)光，光透過閃爍體射到光電倍增管的陰極上激發(fā)出電子，在光電倍增管中倍增，在陽極上形成電流。1200V閃爍探測(cè)器測(cè)量射線信號(hào)的基本特征入射射線E＝hνV輸出端電信號(hào)輸出信號(hào)幅度：V∝E脈沖信號(hào)產(chǎn)生率∝單位時(shí)間進(jìn)入探測(cè)器射線數(shù)NaI(Tl)GDB通過分辯信號(hào)幅度，可以分辯射線能量；通過測(cè)量脈沖信號(hào)數(shù)，可以測(cè)定射線強(qiáng)弱。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器正比計(jì)數(shù)器

正比計(jì)數(shù)器是一種充氣型輻射探測(cè)器工作在（氣體電離放電）伏安特性曲線的正比區(qū)；

計(jì)數(shù)器接收一個(gè)X、γ光子后就輸出一個(gè)電脈沖——幅度與光子能量成正比，電子和正離子對(duì)數(shù)目正比于氣體吸收的放射線的能量，輸出脈沖的大小正比于入射產(chǎn)生的電子和正離子對(duì)數(shù)目。讓未被氣體吸收的光子穿過出射口正比計(jì)數(shù)器工作原理使氣體原子電離＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－－－初級(jí)射線高壓傳感器原理及應(yīng)用3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.2射線式傳感器半導(dǎo)體探測(cè)器荷電粒子入射到半導(dǎo)體中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，X射線、γ射線由于光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)生成等產(chǎn)生二次電子；高速二次電子產(chǎn)生更多電子—空穴對(duì)。在PN結(jié)空間電荷區(qū)加足夠高的偏壓，因射線而電離的載流子加速產(chǎn)生新的電子空穴使載流子倍增，在輸出形成一個(gè)放大脈沖信號(hào)，將電荷轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。半導(dǎo)體探測(cè)器的特點(diǎn)：輸出信號(hào)小，分辨率高；類型主要有，Si（硅）——低能探測(cè)器，

Ge（鍺）——高能探測(cè)器，分別測(cè)量不同能量段的放射線。

3-6波與射線傳感器應(yīng)用：α射線可實(shí)現(xiàn)氣體分析，如氣體壓力、流量測(cè)量；β射線可進(jìn)行帶材厚度、密度檢測(cè)；γ射線可探測(cè)材料缺陷、位置、密度與厚度測(cè)量。6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用X-RAY探測(cè)器3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用（1）

測(cè)厚透射式測(cè)厚透射式測(cè)厚常用閃爍探測(cè)器，閃爍探測(cè)器記錄穿透物體的γ射線的強(qiáng)度，其輸出電流與輻射強(qiáng)度成正比。在輻射穿過物質(zhì)時(shí)，由于物體吸收作用損失部分強(qiáng)度，強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律變化。在輻射穿過物質(zhì)時(shí)，可根據(jù)質(zhì)量厚度X求出被測(cè)物體厚度h。I0—入射強(qiáng)度；I—穿過后強(qiáng)度；x—質(zhì)量厚度；ρ—與材料密度有關(guān)；μ—質(zhì)量吸收系數(shù)；3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用（1）

測(cè)厚散射式測(cè)厚散射測(cè)厚時(shí)β放射（或低能X射線）源與探測(cè)器在同一惻，利用核輻射被物體后向散射的效應(yīng)。散射強(qiáng)度與被測(cè)距離、物質(zhì)成份、密度、厚度表面狀態(tài)等因素有關(guān)：K與射線能量有關(guān)的常數(shù)3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用

（2）物位測(cè)量

利用介質(zhì)對(duì)γ射線的吸收作用，不同介質(zhì)對(duì)γ射線的吸收能力不同，固體吸收能力最強(qiáng)，液體居中，氣體最弱。輻射源與被測(cè)介質(zhì)一定，被測(cè)介質(zhì)高度H與穿過被測(cè)介質(zhì)的射線強(qiáng)度I成正比關(guān)系。Io、I分別為入射前后的強(qiáng)度，μ為吸收系數(shù)3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用

（3）流量計(jì)（氣體）

在氣流管中裝兩個(gè)電極（電極電位不同）放射源S的射線使氣體電離，工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)電離室。當(dāng)被測(cè)氣體被電離時(shí)，離子被帶出電離室，室內(nèi)電流減小，氣體流速增加帶出的離子增多電離室電流進(jìn)一步減小，由電流的變化檢測(cè)氣流流速和流量。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用

（4）探傷

探測(cè)器與放射源放在管道內(nèi)，沿焊接縫同步移動(dòng)，當(dāng)焊縫存在問題時(shí)，穿透管道的γ射線會(huì)產(chǎn)生突變，正常時(shí)輸出曲線趨于直線。3-6波與射線傳感器6.3核輻射傳感器

6.3.3核輻射傳感器的應(yīng)用

（5）X射線熒光分析儀

X射線熒光基于光電效應(yīng)，能量色散的熒光分析方法由同位素源產(chǎn)生