核輻射傳感器,傳感器原理和應(yīng)用課件

1、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器主要內(nèi)容11.1 核輻射物理基礎(chǔ)11.2 核輻射傳感器11.3 核輻射傳感器的應(yīng)用電離輻射 直接或間接使介質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)的帶電或不帶電的射線或粒子 (能量 keV )、 x、 n、p、裂變碎片 介子等來(lái)源 1)放射性物質(zhì) (人造、天然） 2)加速器3)反應(yīng)堆 4)宇宙射線 5)地球環(huán)境 輻射可分為：電離輻射和非電離輻射 非電離輻射 紫外線、紅外線、微波等這些粒子雖能夠同物質(zhì)發(fā)生作用但都不能使物質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)（能量 eV量級(jí)）來(lái)源 如移動(dòng)電話： 頻率 800-1800 MHz 能量0.01 eV (所以沒有電離作用） 傳感

2、器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器11.1 核輻射物理基礎(chǔ)11.1 核輻射物理基礎(chǔ)核輻射測(cè)量主要應(yīng)用領(lǐng)域： 斷層掃描 computed tomograhy （工業(yè)CT、醫(yī)療 CT）、無(wú)損檢測(cè)、爐前分析、現(xiàn)場(chǎng)元素分析、在線監(jiān)測(cè)、 環(huán)境監(jiān)測(cè)、探傷等等。 傳感器原理及應(yīng)用醫(yī)療 CT X線管檢測(cè)儀第11章 波與射線傳感器11.1 核輻射物理基礎(chǔ)利用射線探測(cè)器的醫(yī)療設(shè)備： X射線機(jī)、醫(yī)療 CT（斷層掃描）、核磁共振。第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用11.1 核輻射物理基礎(chǔ)第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用1895, 倫琴（ Roentgen ）發(fā)現(xiàn) X 射線世界上第一張X射線照片現(xiàn)代

3、X射線照片11.1 核輻射物理基礎(chǔ)射線傳感器用于工業(yè)檢測(cè)： 高解析度X射線檢測(cè)儀（X-ray）第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用11.1 核輻射物理基礎(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)：X射線熒光分析儀，能譜儀第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用電子簾150keV/3KW涂層固化表面處理電子直線10MeV 系列醫(yī)療用品、食品材料改性地納米3MeV/50KW電線電纜聚乙烯熱塑管等X射線集裝箱檢查系統(tǒng)掃描裝置圖象檢查艙輻射防護(hù)設(shè)施X射線源 6 MeV 電子直線加速器100 mm 鋼板; 分辨率: 1.5 mm最大穿透力: 300 mm通過(guò)率: 25個(gè)40 英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱/小時(shí)11.1 核輻射物理基礎(chǔ)安檢第1

4、1章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用太空技術(shù)：空間探測(cè)“太空之眼”迄今最偉大的八具空間望遠(yuǎn)鏡 第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用哈勃望遠(yuǎn)鏡康普頓伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡XMM-牛頓X射線太空望遠(yuǎn)鏡第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用威爾金森微波各向異性探測(cè)器 2001年 詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 2013年斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡 2003年費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡 2008年11.1.1 放射性同位素 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，這種元素稱同位素；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；同位素的原子在自動(dòng)衰變

5、過(guò)程中會(huì)放出射線，這種同位素就稱“放射性同位素”。（1） 放射性同位素第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用11.1 核輻射物理基礎(chǔ) 核素及符號(hào)表示具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱為核素。核素是原子核的一種統(tǒng)稱。核素表示符號(hào)第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用（1） 放射性同位素半衰期：通常用半衰期表示核素衰減速度 即：放射性核數(shù)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）核衰變與核輻射第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器11.1.2 核輻射與物質(zhì)間的相互作用 放射性同位素在衰變過(guò)程中能放出、三種射線，其中： 射線由帶正

6、電的粒子組成 （如氦核）； 射線由帶負(fù)電的粒子組成 （電子）； 射線由中性的粒子組成 （光子）。放射性同位素衰變時(shí)，放出一種特殊的，帶有一定能量的粒子或射線，這種現(xiàn)象稱“核輻射”。 傳感器原理及應(yīng)用探測(cè)學(xué)中射線含義電磁輻射特征射線：湮沒輻射：核能級(jí)躍遷正電子湮沒產(chǎn)生特征X 射線：原子能級(jí)躍遷軔致輻射：帶電粒子速度或運(yùn)動(dòng)方向改變產(chǎn)生 衰變 新元素Sg衰變?yōu)镽f鑪- 衰變 產(chǎn)生電子e ,反中微子 v+ 衰變 F氟產(chǎn)生正電子e ,中微子 v，O變氧 衰變 Dy鏑放出射線，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第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用放射性強(qiáng)度也是隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律減小

7、：I0 初始強(qiáng)度；I t 時(shí)間后的強(qiáng)度； 1Ci = 3.71010（次核衰變）/秒 放射性活度單位：貝可（Bq）第11章 波與射線傳感器 放射性強(qiáng)度（活度）單位放射性強(qiáng)度單位：居里（Ci）, 毫居里(mCi) 傳感器原理及應(yīng)用用單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的次數(shù)來(lái)表示放射性的強(qiáng)弱，稱放射性強(qiáng)度(活度)。 核輻射的強(qiáng)弱用放射性強(qiáng)度表示吸收、反射 、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。其中：第11章 波與射線傳感器 射線穿透能力最弱，空氣中運(yùn)行軌跡為直線； 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，在空氣中軌跡

8、為折線； 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，因此射線廣泛用于醫(yī)療診斷、探傷等。 傳感器原理及應(yīng)用1 MeV 的粒子穿透物質(zhì)能力 1 頁(yè) 60頁(yè)/本 鉛鉛室n4580本中子源地 下1-2 米深、射線穿透物質(zhì)能力 射線穿透 人體皮膚情況 11.2 核輻射傳感器射線式儀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)天然放射性U(鈾)、Th(釷)、K(鉀)和這三個(gè)量的總量，稱能譜儀；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。如X射線熒光儀。原理基本相同，能量范圍不同，后者傳感

9、器由射線源和探測(cè)器組成。第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用射線源結(jié)構(gòu)一般為絲狀、圓拄狀、圓片狀，有點(diǎn)源、面源、片源。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。X 射線管激發(fā)的射線源?？梢杂勉U進(jìn)行射線屏蔽，鉛有極強(qiáng)的抗輻射穿透能力。第11章 波與射線傳感器點(diǎn)源結(jié)構(gòu)11.2.1 輻射源 傳感器原理及應(yīng)用鉛罐11.2 射線傳感器同位素輻射源 ： 輻射源的種類很多，一般選用半衰期較長(zhǎng)的同位素，能量、強(qiáng)度適合的輻射源。常用同位素源見下表：放射源 半衰期 射線種類 能量（銫） 33.2年 、 0.6614（镅） 470年 、 5.48 27（钚） 86年 12-

10、21 50以上（鈷） 5.26年 、 0.31,1.17,1.33（鍶） 19.9年 0.54, 2.24（鐵） 2.7年 5.9第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用世界發(fā)生的核事故和放射事故主要國(guó)家分布 國(guó)內(nèi)外核事故與放射事故IAEA公布的事故中發(fā)生在中國(guó)的放射事故 切爾諾貝利核電廠事故 切爾諾貝利核電廠事故放射線警示標(biāo)記第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用核潛艇 反應(yīng)堆核電站 航空母艦價(jià)值24億美金的核反應(yīng)堆第11章 波與射線傳感器核潛艇 傳感器原理及應(yīng)用伊朗的核反應(yīng)堆我國(guó)的核反應(yīng)堆核棒（核然料）核輻射探測(cè)器就是接收器核輻射信號(hào)的傳感器，種類較多常用于放射性測(cè)量的有： 1） 氣

11、體探測(cè)器： 電離室、蓋革計(jì)數(shù)管、 正比計(jì)數(shù)器； 2）閃爍計(jì)數(shù)器； 3）半導(dǎo)體探測(cè)器。第11章 波與射線傳感器11.2.2 核輻射探測(cè)器正比計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器半導(dǎo)體探測(cè)器組成的多道譜儀 傳感器原理及應(yīng)用11.2.2 射線傳感器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（氣體）時(shí)，氣體分子電離，在電場(chǎng)作用下正離子趨向負(fù)極板，電子趨向正極板，產(chǎn)生電離電流。第11章 波與射線傳感器在外電路接一電阻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。 1. 氣體探測(cè)器（電離室） 傳感器原理及應(yīng)用高壓極收集極保護(hù)極高壓R

12、L 負(fù)載電阻外殼靈敏體積電場(chǎng)方向絕緣子平板型電離室圓柱型電離室RL 負(fù)載電阻 輸出信號(hào)的漲落假設(shè)，每一對(duì)離子產(chǎn)生后將立即使探測(cè)器產(chǎn)生一輸出信號(hào)： 若單位時(shí)間內(nèi)射入電離室靈敏體積內(nèi)的帶電粒子的平均值為 ，每個(gè)入射帶電粒子平均在靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生 個(gè)離子對(duì)，而且這兩個(gè)值均不隨時(shí)間變化。這樣，在任一時(shí)刻 t ，探測(cè)器的總輸出信號(hào)是此時(shí)刻以前在探測(cè)器內(nèi)產(chǎn)生的各個(gè)離子對(duì)所產(chǎn)生信號(hào)在此時(shí)的所取值的疊加。電離室外加電壓增大電流趨于飽和，一般工作在飽和區(qū)（離子能夠全部達(dá)到電極上），使輸出電流與外加電壓無(wú)關(guān)，只正比于射線到電離室的輻射強(qiáng)度。第11章 波與射線傳感器電離室的優(yōu)點(diǎn)是成本低壽命長(zhǎng)； 缺點(diǎn)是檢出電流很小。

13、、電離室不能通用，不同粒子相同條件下效率相差很大。電離室主要用于探測(cè)、射線，粒子電離電流比離子電離的電流大100多倍，粒子沒有直接電離本領(lǐng)，效率很低。 傳感器原理及應(yīng)用 1. 氣體探測(cè)器（電離室）1. 氣體探測(cè)器（ G-M 蓋格計(jì)數(shù)管）蓋格-彌勒計(jì)數(shù)管簡(jiǎn)稱蓋格計(jì)數(shù)管，也稱氣體放電計(jì)數(shù)器。 一個(gè)密封玻璃管，中間陽(yáng)極用鎢絲材料制作，玻璃管內(nèi)壁涂一層導(dǎo)電物質(zhì)或用金屬圓管作陰極，筒和絲絕緣，內(nèi)部抽空充惰性氣體（氖、氦）、鹵族氣體。第11章 波與射線傳感器陽(yáng)極與陰極間加高壓。x、射線入射時(shí)引起激烈的氣體放大，離子沿絲傳到整個(gè)計(jì)數(shù)管內(nèi)，形成正離子鞘，在電場(chǎng)作用下正離子鞘向陰極移動(dòng)形成電流；為避免到達(dá)陰極時(shí)

14、造成連續(xù)放電現(xiàn)象，惰性氣體滅掉放電。 傳感器原理及應(yīng)用蓋格計(jì)數(shù)管主要用于探測(cè)粒子和射線，特點(diǎn)是工作電壓較低 。由于蓋格計(jì)數(shù)管的放大作用，電流比電離室的離子流大幾千倍。特性曲線：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 越多，a、b段稱“坪曲線”；I為射線強(qiáng)度第11章 波與射線傳感器坪曲線 傳感器原理及應(yīng)用1. 氣體探測(cè)器（ G-M 蓋格計(jì)數(shù)管） G-M管主要有圓柱型和鐘罩型兩種。 圓柱型主要用于 射線測(cè)量， 而鐘罩型由于有入射窗，主要用于，射線的測(cè)量。 G-M計(jì)數(shù)管的典型結(jié)構(gòu)正比計(jì)數(shù)器是充氣型氣體電離探測(cè)器，由氣體作為入射射線產(chǎn)生電離或激發(fā)的介質(zhì)；外加一定電位的電場(chǎng)；（電離室）有兩個(gè)

15、電極（絲-陽(yáng)極；殼-陰極），當(dāng)射線進(jìn)入電離室穿過(guò)氣體時(shí)與氣體分子軌道上電子碰撞，使氣體分子電離而形成離子對(duì)，芯線旁電場(chǎng)密度高電子碰撞被加速，在氣體中獲得足夠能量使其它氣體分子和原子產(chǎn)生新的離子對(duì)。這一過(guò)程稱為氣體放大。第11章 波與射線傳感器1. 氣體探測(cè)器（正比計(jì)數(shù)器） 傳感器原理及應(yīng)用氣體分子充有氣體 氣體放電_雪崩 電子在氣體中的電離碰撞過(guò)程 發(fā)生雪崩的閾值電場(chǎng)：ET 106V/m。計(jì)數(shù)器輸出脈沖大小(幅值)正比于輻射產(chǎn)生的電子、正離子對(duì)的數(shù)目，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。能量大幅值高！器件工作在氣體電離放電伏安特性曲線的正比區(qū)，有足夠大的氣體放大倍數(shù)，能量分辨率高

16、，分辨時(shí)間短，可以進(jìn)行快速計(jì)數(shù)。第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用1. 氣體探測(cè)器（正比計(jì)數(shù)器）I : 復(fù)合區(qū)II : 飽和區(qū)III : 正比區(qū)IV: 有限正比區(qū)V: G-M工作區(qū)VI: 連續(xù)放電區(qū)閃爍計(jì)數(shù)器由閃爍體和光電倍增管組成。光電倍增管只能放大光信號(hào)不能直接放大射線信號(hào)。閃爍體先將輻射能變?yōu)楣饽?，光電倍增管再將光能變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行探測(cè)放大。物質(zhì)受射線作用而被激發(fā)，電子由激態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)射出脈沖狀的光，這種現(xiàn)象稱為閃爍，而閃爍體就是一種能產(chǎn)生這種現(xiàn)象的物質(zhì)。第11章 波與射線傳感器閃爍體種類碘化鈉晶體Nal(Tl)2. 閃爍計(jì)數(shù)器 傳感器原理及應(yīng)用閃爍探測(cè)器輸出信號(hào)的物理過(guò)程及輸

17、出回路 閃爍探測(cè)器輸出信號(hào)的過(guò)程第11章 波與射線傳感器光電倍增管2. 閃爍計(jì)數(shù)器 傳感器原理及應(yīng)用當(dāng)閃爍體受到輻射時(shí)閃爍體內(nèi)的原子受激發(fā)光，光透過(guò)閃爍體射到光電倍增管的光陰極上，并激發(fā)出光電子；光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在光電倍增管內(nèi)進(jìn)行放大倍增，在陽(yáng)極上形成可以測(cè)量的電流。輸出電流脈沖大小與入射射線能量成正比，脈沖多少與含量成比例。第11章 波與射線傳感器2. 閃爍計(jì)數(shù)器輻射 傳感器原理及應(yīng)用Ut 閃爍探測(cè)器信號(hào)的輸出回路IaIkIa輸出回路等效電路輸出回路的等效電路單光電子引起的電流脈沖信號(hào) 面積半導(dǎo)體探測(cè)器是利用半導(dǎo)體材料制成的射線傳

18、感器；主要結(jié)構(gòu)類型有：結(jié)型、面壘型、鋰漂移型和高純鍺等。圖為結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積、大體積的晶體二極管（約0.01-200cm3）。在半導(dǎo)體材料上設(shè)置了一個(gè)陰極（高摻雜的P+層）和一個(gè)陽(yáng)極（高摻雜的N+層）。第11章 波與射線傳感器3. 半導(dǎo)體探測(cè)器荷電粒子入射到半導(dǎo)體中時(shí)，會(huì)激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)在電場(chǎng)作用下形成正比于入射射線能量的電流，探測(cè)器將其轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸出。 傳感器原理及應(yīng)用由于在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)所需能量極小，約為3eV（在空氣中產(chǎn)生一對(duì)離子所需能量，如射線為30eV），因此半導(dǎo)體探測(cè)器比其他射線探測(cè)器分辨率高。特點(diǎn)：輸出信號(hào)小，分辨率高。第1

19、1章 波與射線傳感器3. 半導(dǎo)體探測(cè)器X射線、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，在輸出端形成一個(gè)放大脈沖信號(hào)，將電荷轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。 傳感器原理及應(yīng)用P-N結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理1) P-N結(jié)區(qū)(勢(shì)壘區(qū))的形成多數(shù)載流子擴(kuò)散，空間電荷形成內(nèi)電場(chǎng)并形成結(jié)區(qū)。結(jié)區(qū)內(nèi)存在著勢(shì)壘，結(jié)區(qū)又稱為勢(shì)壘區(qū)。勢(shì)壘區(qū)內(nèi)為耗盡層，無(wú)載流子存在，實(shí)現(xiàn)高電阻率，達(dá) ，遠(yuǎn)高于本征電阻率。2）P-N結(jié)內(nèi)的電流 If 能量較高的多子穿透內(nèi)電場(chǎng)，方向?yàn)槟鎯?nèi)電場(chǎng)方向；IG 在結(jié)區(qū)內(nèi)由

20、于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)； IS 少子擴(kuò)散到結(jié)區(qū) IG，IS的方向?yàn)轫槂?nèi)電場(chǎng)方向。IfIG , IS平衡狀態(tài)時(shí)：3）外加電場(chǎng)下的P-N結(jié)： 即在使結(jié)區(qū)變寬的同時(shí)，IG 增加, IS不變，If減小，并出現(xiàn)IL，此時(shí)表現(xiàn)的宏觀電流稱為暗電流。 在外加反向電壓時(shí)的反向電流 少子的擴(kuò)散電流，結(jié)區(qū)面積不變，IS 不變； 結(jié)區(qū)體積加大，熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電子空穴多，IG 增大； 反向電壓產(chǎn)生漏電流 IL ，主要是表面漏電流。在P-N結(jié)上加反向電壓由于結(jié)區(qū)電阻率很高，電位差幾乎都降在結(jié)區(qū)。反向電壓形成的電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致。外加電場(chǎng)使結(jié)區(qū)寬度增大。反向電壓越高，結(jié)區(qū)越寬。 4）半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出信號(hào) 輸出回路須考慮

21、結(jié)電阻Rd和結(jié)電容Cd，結(jié)區(qū)外半導(dǎo)體材料的電阻和電容RS，CS。測(cè)量?jī)x器應(yīng)用范圍：射線傳感器廣泛用于空間探測(cè);射線可實(shí)現(xiàn)氣體分析，如氣體壓力、流量測(cè)量；射線可進(jìn)行帶材厚度、密度檢測(cè)；射線可探測(cè)材料缺陷、位置、元素、密度與厚度測(cè)量。11.3 核輻射傳感器的應(yīng)用第11章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用透射式測(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(guò)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(guò)物質(zhì)時(shí)，可根據(jù)質(zhì)量厚度X求出被測(cè)物體厚度。第11章 波與射線傳感器11.3.1 測(cè)厚（透射式測(cè)厚）I0 入射強(qiáng)度；I 穿過(guò)后強(qiáng)度；x

22、質(zhì)量厚度；質(zhì)量吸收系數(shù)；與材料密度有關(guān)； 傳感器原理及應(yīng)用源探測(cè)器散射測(cè)厚時(shí)放射源與探測(cè)器在同一惻；原理是：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)第11章 波與射線傳感器11.3.1 測(cè)厚(散射式測(cè)厚) 傳感器原理及應(yīng)用源探測(cè)器 核子測(cè)厚儀利用介質(zhì)對(duì)射線的吸收作用，不同介質(zhì)對(duì)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(guò)被測(cè)介質(zhì)的射線強(qiáng)度I 成正比關(guān)系。I0、I，分別為入射前后的強(qiáng)度；為吸收系數(shù)。第11章 波與射線傳感器11.3.2 物位測(cè)量 傳感器原理及應(yīng)用第11

23、章 波與射線傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 火車車皮裝煤量 油罐車裝油量 煉鋼爐鋼水量 煤氣罐氣量11.3.2 物位測(cè)量在氣流管中裝兩個(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。第11章 波與射線傳感器11.3.3 電離室檢測(cè)氣體流量計(jì) 傳感器原理及應(yīng)用當(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。第11章 波與射線傳感器11.3.4 離子敏感煙傳感器（電離室）電離室由H1和H2 兩個(gè)電極組成，電極之間有放射性同位素镅-241（Am241）可放出射線，并在兩電極之間發(fā)生電離，產(chǎn)生正

24、離子，在外加電壓作用下形成電離電流。當(dāng)外電離室有煙霧進(jìn)入時(shí)，離子被吸附到煙霧顆粒上，由于煙霧顆粒比離子大1000倍左右，故在電場(chǎng)中的移動(dòng)速度比原來(lái)的速度慢，而且在移動(dòng)過(guò)程中離子中和的機(jī)會(huì)增多，最終使離子電流相應(yīng)減小。 煙霧數(shù)量越多，離子電流越小，相當(dāng)?shù)刃щ娮柙黾印?傳感器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器離子感煙傳感器結(jié)構(gòu)是內(nèi)、外兩個(gè)電離室，內(nèi)、外電離室串聯(lián)連接方式；內(nèi)電離室是密封的，無(wú)煙霧離子進(jìn)入，離子電流恒定，等效電阻R不變。外電離室等效電阻隨煙霧數(shù)量變化，可等效為可變電阻Rp。經(jīng)電源電壓E分壓后供控制電路。UD-O2型煙霧傳感器 傳感器原理及應(yīng)用11.3.4 離子敏感煙傳感器（電離室）

25、火災(zāi)報(bào)警器基本構(gòu)造 241Am 放射源 + 電離室 + 電流靈敏電子儀器+V 電流表 放射源241Am火災(zāi)報(bào)警器探測(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(wèn)題時(shí)，穿透管道的射線會(huì)產(chǎn)生突變，正常時(shí)輸出曲線趨于直線。第11章 波與射線傳感器11.3.5 探傷 傳感器原理及應(yīng)用野外現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量第11章 波與射線傳感器11.3.6 X射線熒光分析儀礦山選場(chǎng)在線監(jiān)測(cè) 傳感器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器11.3.6 X射線熒光分析儀X射線熒光儀應(yīng)用于水泥質(zhì)量監(jiān)測(cè)鈣、鐵分析 傳感器原理及應(yīng)用X射線熒光基于光電效應(yīng)，分能量色散和波長(zhǎng)色散；能量色散的熒光分析方法：由同位素源或X光射線管產(chǎn)生射線

26、，其它物質(zhì)上的次級(jí)輻射稱熒光射線；第11章 波與射線傳感器11.3.6 X射線熒光分析儀波長(zhǎng)色散熒光分析方法是將射線，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)的信號(hào)，由產(chǎn)生波長(zhǎng)特征進(jìn)行檢測(cè)分析。 傳感器原理及應(yīng)用X射線熒光分析儀應(yīng)用： 一測(cè)量是什么元素（定性）； 二測(cè)量元素的含量（定量）。X熒光射線檢測(cè)的能量譜和計(jì)數(shù)率與物質(zhì)的含量、成份、厚度、密度有關(guān)。第11章 波與射線傳感器11.3.6 X射線熒光分析儀NEE0Ut輸入信號(hào)形式輸出譜線形式電路框圖探測(cè)器脈沖幅度與元素的特征X射線能量成正比，不同元素脈沖幅度不同，能量大脈沖幅度越高；通過(guò)幅度分析器（甄別器）實(shí)現(xiàn)元素的定性分析；脈沖的多少與樣品含量成正比，通

27、過(guò)每秒的計(jì)數(shù)率檢測(cè)樣品的含量，實(shí)現(xiàn)元素的定量分析。 傳感器原理及應(yīng)用第11章 波與射線傳感器11.3.7 中子活化分析用低溫(液氮)保存的Si(Li)、Ge (Li)探測(cè)器中子活化 是一種現(xiàn)代核分析方法，非放射性物質(zhì)經(jīng)過(guò)反應(yīng)堆照射后生成放射性核素，利用放射性衰變測(cè)量元素的含量。元素能量譜線 傳感器原理及應(yīng)用computed tomograhy （斷層掃描），簡(jiǎn)稱CT常規(guī)X射線攝影利用透射原理，把三維的人體投影顯示在一個(gè)二維的平面上。這就使得圖像失去縱深方向的分辨能力，前后結(jié)構(gòu)互相重疊，引起圖像混淆，容易造成誤診和漏診。 X線管熒光屏第11章 波與射線傳感器11.3.8 醫(yī)學(xué)應(yīng)用-CT（斷層掃描

28、） 傳感器原理及應(yīng)用斷層掃描（CT）是把人體分成一系列薄片，單獨(dú)對(duì)每一切片（二維圖像）進(jìn)行觀察；這種方式能消除臨近各層的影響，沒有重疊混淆，圖像變清晰，容易辨別細(xì)微的異常結(jié)構(gòu)。從斷面合成的頭部三維圖像第11章 波與射線傳感器11.3.8 醫(yī)學(xué)應(yīng)用-CT 傳感器原理及應(yīng)用CT是采用計(jì)算機(jī)斷層掃描的二維重建方法的基本原理，如圖所示，從線性并排著的X線源發(fā)射一定強(qiáng)度的X線，把通過(guò)身體的X線用與X線源平行排列的X線傳感器接收獲得數(shù)據(jù)。第11章 波與射線傳感器然后把X線源和傳感器組以體軸為中心一點(diǎn)一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)，反復(fù)進(jìn)行同樣的操作。求得的在各個(gè)角度上的投影數(shù)據(jù)，就得到了垂直于體軸的斷面圖像。11.3.8 醫(yī)

29、學(xué)應(yīng)用-CT 傳感器原理及應(yīng)用I0I0I0I0I1I2I4I3解方程即可解出物體各個(gè)部分的衰減系數(shù)。矩陣求解法如圖（為簡(jiǎn)單起見，設(shè)物體為22大小象素）各部分的衰減系數(shù)都是未知的，根據(jù)投影X射線成像的原理，當(dāng)入射強(qiáng)度為I0時(shí)，X射線通過(guò)物體之后，檢測(cè)器獲得的出射射線強(qiáng)度為I，有： 計(jì)算機(jī)斷層掃描的二維重建方法的基本原理是 根據(jù)投影，重建圖像11.3.8 醫(yī)學(xué)應(yīng)用-CT CT測(cè)量實(shí)例XCT與PET結(jié)合正電子-CT (PET) Positron Emission Tomography正電子發(fā)射斷層(PET)成像技術(shù)&設(shè)備功能成像與結(jié)構(gòu)成像的區(qū)別鉬靶、CT、MRI等是結(jié)構(gòu)圖像技術(shù)，所得圖像反映的是肌體

30、的結(jié)構(gòu)信息；PET是功能成像技術(shù)，可以在肌體的結(jié)構(gòu)形態(tài)改變之前發(fā)現(xiàn)異常，在腫瘤診斷方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。點(diǎn)陣式閃爍體陣列光纖束傳導(dǎo)位敏感型 光電倍增管11.3.9 核子秤第11章 波與射線傳感器核子秤是根據(jù)物質(zhì)對(duì)射線的吸收原理來(lái)進(jìn)行工作的，是現(xiàn)代核技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的高新技術(shù)成果；它是由源部件（射線源及防護(hù)鉛罐）、A型支架、電離型射線探測(cè)器、測(cè)速傳感器、前置放大器、前放電源、核子秤主機(jī)系統(tǒng)等組成。源：由137CS 放射源（強(qiáng)度40mCi，半衰期為30.1年,活度為1.48GBq）和鋼殼結(jié)構(gòu)的屏蔽鉛罐。 傳感器原理及應(yīng)用11.3.9 核子秤第11章 波與射線傳感器特點(diǎn)：理想的非接觸式在線連續(xù)稱重計(jì)量控制設(shè)備，測(cè)