《辐射式感器》PPT课件

《《辐射式感器》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第九章辐射式传感器第一节红外辐射传感器第二节超声波传感器第四节辐射式传感器的应用举例第三节核辐射传感器本章主要介绍三种辐射式传感器--红外辐射、核辐射和超声波传感器。第一节红外辐射传感器红外辐射技术在最近40年来已经发展成为一门新兴技术科学。它在广泛的领域中特别是在科学研究、军事工程和医学方面起着极其重要的作用。例如红外制导火箭、红外成像、红外遥感等。红外辐射技术的重要工具就是红外辐射传感器，它是遥感技术，空间科学的敏感部件。一、红外辐射的基本特点1、波长：红外辐射就是红外光，其波长从1.0-1000微米。红外光是太阳光谱

2、的一部分，其波长范围和在电磁波中的位置如图9-1所示。2、红外光的最大特点就是具有光热效应，能辐射热量。图9-l电磁波谱3、红外光与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外光在真空中的传播速度与所有电磁波相同。4、红外光衰减、吸收、穿透性能：红外光在介质中传播会产生衰减。红外光在金属中传播衰减很大．但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。气体对其吸收程度各不相同。大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。根据研究分析证明，对于波长为1—5微米、8—14微米区域的红外光具有

3、比较大的“透明度”。即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。自然界中任何物体，只要其温度在绝对零度之上，都能产生红外光辐射。红外光的光热效应对不同的物体是各不相同的．热能强度也不一样。例如，黑体是能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体、镜体是能全部反射红外辐射的物体、透明体是能全部穿透红外辐射的物体，灰体是能部分反射或吸收红外辐射的物体，对于这些物体红外光将产生不同的光热效应。但严格来讲，自然界并不存在黑体、镜体和透明体，而绝大部分物体都属于灰体。上述这些特性就是把红外光辐射技术用于卫星遥感遥测、红外跟踪等军事和科学研究项目

4、的重要理论依据。2、红外辐射的基本定律1．希尔霍夫定律希尔霍夫定律指出一个物体向周围辐射热能的同时也吸收周围物体的辐射能。如果几个物体处于同一温度场中，各物体的热发射本领正比于它的吸收本领、这就是希尔霍夫定律。可用下面公式表示：式中—物体在单位面积和单位时间内发射出来的辐射能；—该物体对辐射能的吸收系数；—等价于黑体在相同温度下发射的能量，它是常数。黑体是在任何温度下全部吸收任何波长辐射的物体，黑体的吸收本领与波长和温度无关，即＝1。黑体吸收本领最大，但是加热后，它的发射热辐射也比任何物体都要大。2．斯忒藩—玻尔兹曼定律物

5、体温度越高．它辐射出来的能量越大。可用下面公式表示：式中：—某物体在温度T、时单位面积和单位时间的红外辐射总能量。—斯忒藩—玻尔兹曼常数—比辐射率，即物体表面辐射本领与黑体辐射本领之比值，黑体的＝1T—物体的绝对温度。3．维恩位移定律热辐射发射的电磁波中包含着各种波长。实验证明，物体峰值辐射波长与物体的自身的绝对温度T成反比。即从下图所示曲线可知，峰值辐射波长随温度升高向短波方向偏移。当温度不很高时、峰值辐射波长在红外区域。图9-2三、红外探测器(传感器)能将红外辐射量变化转换成电量变化的装置称为红外探测器(红外传感器)红

6、外探测器根据热电效应和光子效应制成。前者为热敏探测器，后者为光子探测器。从理论上讲．探测器对入射的各种波长的辐射能量全部吸收，它是一种对红外光波无选择的红外传感器；但是，实际上各种波长的红外辐射的功率对物体的加热效果是不相同的。光子探测器常用光子效应有外光电效应、内光电效应(光生伏特效应、光电导效应)和光电磁效应。1．红外探测器的一般组成红外探测器一般由光学系统、敏感元件、前置放大器和信号调制器组成。光学系统是红外探测器的重要组成部分。根据光学系统的结构分为反射式光学系统的红外探测器和透射式光学系统的红外探测器两种。反射式

7、光学系统的红外探测器的结构如图9-2所示。它由凹面玻璃反射镜组成，其表面镀金、铝和镍铬等红外波段反射率很高的材料构成反射式光学系统。为了减小像差或使用上的方便，常另加一片次镜，使目标辐射经两次反射聚焦到敏感元件上，敏感元件与透镜组合一体，前置放大器接收热电转换后的电信号，并对其进行放大。透射式光学系统的红外探测器如图10-4所示。透射式光学系统的部件用红外光学材料做成，不同的红外光波长应选用不同的红外光学材料,在测量700C以上的高温时,用波长为0.75—3微米范围内的近红外光，用一般光学玻璃和石英等材料作透镜材料；当测量

8、100-700c范围的温度时，一般用3—5微米的中红外光，多用氯化镁、氧化镁等热敏材料；测量100度以下的温度用波长为5一14微米的中远红外光，多采用锗、硅、硫化锌等热敏材料。获取透射红外光的光学材料一般比较困难，反射式光学系统可避免这一困难，所以，反射光学系统用得较多。第二节超声波传感器超声技术是通过