第10章-輻射與波式傳感器-《現(xiàn)代檢測技術(shù)與系統(tǒng)》電子課件

第10章輻射與波式傳感器第10章輻射與波式傳感器學習導航知識單元與知識點紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；紅外、微波、超聲波傳感器的工作原理；紅外、微波、超聲波傳感器的應用。智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡傳感器和生物傳感器的概念、特點、基本結(jié)構(gòu)及應用等。能力點理解紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；會分析紅外探測器的分類與工作原理；把握微波傳感器的分類、組成、特點；會分析超聲波傳感器的工作原理；了解紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應用。理解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡傳感器和生物傳感器）的概念、特點。重難點重點：紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的工作原理；新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡傳感器）的概念、特點。難點：紅外熱釋電傳感器工作原理；網(wǎng)絡傳感器的體系結(jié)構(gòu)。學習要求了解紅外輻射、微波、超聲波和新型傳感器的概念與基本特性；了解紅外探測器、微波傳感器、超聲波傳感器的工作原理。學習導航知識單元與知識點紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；10.1紅外傳感器10.1.1工作原理紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.76～1000μm。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分，即近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外。10.1紅外傳感器10.1.1工作原理電磁波譜圖電磁波譜圖紅外輻射紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高于絕對零度（－273℃），就會向外部空間以紅外線的方式輻射能量，一個物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射這種形式來實現(xiàn)的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。另一方面，紅外線被物體吸收后可以轉(zhuǎn)化成熱能。紅外線作為電磁波的一種形式，紅外輻射和所有的電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，具有電磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。紅外線在真空中傳播的速度等于波的頻率與波長的乘積。紅外輻射紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高紅外探測器紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應來探測紅外輻射的。

紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱探測器和光子探測器兩大類。紅外探測器

1.熱探測器熱探測器的工作機理是：利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。熱探測器主要優(yōu)點是響應波段寬，響應范圍可擴展到整個紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便，應用相當廣泛。1.熱探測器

熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和高萊氣動型。其中，熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高，頻率響應最寬，所以這種探測器倍受重視，發(fā)展很快。這里我們主要介紹熱釋電型探測器。熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電熱釋電效應熱釋電效應：由于溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象在外加電場作用下，電介質(zhì)中的帶電粒子（電子、原子核等）將受到電場力的作用，正電荷趨向陰極、負電荷趨向陽極，結(jié)果電介質(zhì)的一個表面帶正電，相對表面帶負電，這就是“電極化”電壓去除后，大多數(shù)電介質(zhì)的極化狀態(tài)消失，但鐵電體會保持思考：圖中的紅外光起什么作用？熱釋電效應熱釋電效應：由于溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象思考：圖中

“鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高，使其極化強度降低，表面電荷減少，這相當于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。溫度升高到一定程度，極化將突然消失，這個溫度就是“居里點”。在居里點以下，極化強度是溫度的函數(shù)。如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，則負載電阻上便產(chǎn)生一個電信號輸出。輸出信號的強弱取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強弱，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應率正比于入射光輻射率變化的速率。當鐵電體薄片的溫度達到平衡值時，表面電荷達到平衡濃度，不再釋放電荷，將無輸出信號。極化強度與溫度（變化）的關(guān)系回答：圖中的紅外光起什么作用？“鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當紅

2.光子探測器（參考光電式傳感器部分）光子探測器的工作機理是：利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起光子效應。根據(jù)光子效應制成的紅外探測器稱為光子探測器。通過光子探測器測量材料電子性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。2.光子探測器（參考光電式傳感器部分）10.1.2紅外傳感器的應用1.紅外測溫儀

紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。當物體的溫度低于1000℃時，它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，可用紅外探測器檢測其溫度。物體單位面積所發(fā)射的輻射功率斯蒂藩-玻爾茲曼（Stefan-Boltzmann）定律：物體表面的法向比輻射率（一般物體在0與1之間，1為黑體斯蒂藩-玻爾茲曼常數(shù)物體的絕對溫度10.1.2紅外傳感器的應用1.紅外測溫儀物體1紅外測溫儀前放：起阻抗轉(zhuǎn)換和放大作用選放：只放大調(diào)制頻率的信號，抑制其它頻率的噪聲同步檢波：將交流輸入信號變換成峰－峰值的直流信號輸出加法器：將環(huán)境溫度與測量值相加，實現(xiàn)環(huán)境溫度補償發(fā)射率調(diào)節(jié)電路：實為放大電路，恢復測量信號相對于標定值減小的部分多諧振蕩器：通過一系列分頻器輸出一定時序的方波信號，驅(qū)動步進電機和同步檢波器的開關(guān)電路1紅外測溫儀前放：起阻抗轉(zhuǎn)換和放大作用

2.紅外線氣體分析儀

紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進行分析的。不同氣體其吸收波段（吸收帶）不同，CO氣體對波長為4.65μm附近的紅外線具有很強的吸收能力，CO2氣體則發(fā)生在2.78μm和4.26μm附近以及波長大于13μm的范圍對紅外線有較強的吸收能力。如分析CO氣體，則可以利用4.26μm附近的吸收波段進行分析?？諝庵须p原子氣體具有對稱結(jié)構(gòu)，無極性（如N2，O2，H2），以及單原子惰性氣體（如He,Ne,Ar），它們不吸收紅外輻射。紅外線被吸收的數(shù)量與吸收介質(zhì)的濃度有關(guān)，透過的射線強度I按指數(shù)規(guī)律減弱（朗伯－貝爾定律）：2.紅外線氣體分析儀幾種氣體對紅外線的透射光譜幾種氣體對紅外線的透射光譜光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出3～10μm的紅外線切光片將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線測量室中通入被分析氣體，參比室中封入不吸收紅外線的氣體（如N2等）紅外檢測器是薄膜電容型，它有兩個吸收氣室，充以被測氣體，當它吸收了紅外輻射能量后，氣體溫度升高，導致室內(nèi)壓力增大。紅外線氣體分析儀測量方案光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出3～10μm的紅外線紅外線氣體分析

測量時（如分析CO氣體的含量），兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測量氣室和參比室，由于測量室中含有一定量的CO氣體，該氣體對4.65μm的紅外線有較強的吸收能力，而參比室中氣體不吸收紅外線，這樣射入紅外探測器的兩個吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測量邊的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變了電容C。如被測氣體的濃度愈大，兩束光強的差值也愈大，則電容的變化量也愈大，因此電容變化量反映了被分析氣體中被測氣體的濃度。

紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)原理圖紅外線氣體分析儀測量原理測量時（如分析CO氣體的含量），兩束紅外線

為了消除干擾氣體對測量結(jié)果的影響。所謂干擾氣體，是指與被測氣體吸收紅外線波段有部分重疊的氣體，如CO氣體和CO2在4～5μm波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則CO2的存在對分析CO氣體帶來影響，這種影響稱為干擾。為此在測量邊和參比邊各設(shè)置了一個封有干擾氣體的濾波氣室，它能將與CO2氣體對應的紅外線吸收波段的能量全部吸收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測氣體（如CO）的濃度有關(guān)。設(shè)置濾波氣室的目的為了消除干擾氣體對測量結(jié)果的影響。設(shè)置濾波氣室的目的10.2微波傳感器微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì)微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置微波傳感器是一種新型非接觸式測量傳感器

微波是波長為1mm～1m的電磁波，可以細分為三個波段。10.2微波傳感器微波作為一種電磁波，具有電磁波的10.2.1微波傳感器的原理和組成微波特點：需要定向輻射裝置；遇到障礙物容易反射；繞射能力差；傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較??；介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水對微波的吸收作用最強。10.2.1微波傳感器的原理和組成微波特點：

微波傳感器的測量原理及分類

原理：發(fā)射天線發(fā)出微波信號，該微波信號在傳播過程中遇到被測物體時將被吸收或反射，導致微波功率發(fā)生變化，通過接收天線將接收到的微波信號轉(zhuǎn)換成低頻電信號，再經(jīng)過后續(xù)的信號調(diào)理電路等環(huán)節(jié)，即可顯示出被測量

分類：分為反射式和遮斷式兩類。微波傳感器的測量原理及分類

1.反射式微波傳感器反射式微波傳感器是通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔來測量被測量的。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。

2.遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器是通過檢測接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度、含水量等參數(shù)的。1.反射式微波傳感器微波傳感器的組成微波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、微波天線及微波檢測器三部分組成。

1.微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，即頻率很高（300MHz～300GHz），要求振蕩回路中具有非常微小的電感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應管。微波傳感器的組成

2、微波天線

由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的天線有喇叭形、拋物面形、介質(zhì)天線與隙縫天線等。喇叭形天線結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可以看作是波導管的延續(xù)。喇叭形天線在波導管與空間之間起匹配作用，可以獲得最大能量輸出。

拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。2、微波天線

常用的微波天線扇形喇叭天線;(b)圓錐形喇叭天線;(c)旋轉(zhuǎn)拋物面天線;(d)拋物柱面天線常用的微波天線

3.微波檢測器電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。與其它傳感器相比，敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必須有足夠快的響應速度。作為非線性的電子元件可用種類較多（半導體PN結(jié)元件、隧道結(jié)元件等），根據(jù)使用情形選用。3.微波檢測器微波傳感器的優(yōu)點

·微波傳感器是一種非接觸式傳感器，如進行活體檢測時，大部分不需要取樣；·其波長在1～1，對應的頻率范圍為

，因此有極寬的頻譜；·可在惡劣環(huán)境下工作，如高溫、高壓、有毒、有放射線等，它基本不受煙霧、灰塵、溫度等影響；·頻率高，時間常數(shù)小，反應速度快，可用于動態(tài)檢測與實時處理；·測量信號本身是電信號，無須進行非電量轉(zhuǎn)換，簡化了處理環(huán)節(jié)；·輸出信號可以方便地調(diào)制在載波信號上進行發(fā)射和接收，傳輸距離遠，可實現(xiàn)遙測、遙控；·不會帶來顯著的輻射。微波傳感器的優(yōu)點缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚未得到很好的解決。其次，測量環(huán)境對測量結(jié)果影響大，如溫度、氣壓、取樣位置等。缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標

微波傳感器的應用

微波液位計微波傳感器的應用微波液位計微波濕度傳感器水分子是極性分子。當微波場中有水分子時，偶極子受場的作用而反復取向，不斷從電場中得到能量（儲能），又不斷釋放能量（放能），前者表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。這個特性可用水分子自身介電常數(shù)ε來表征，即ε=ε′+αε″微波濕度傳感器ε=ε′+αε″ε′與ε″不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有關(guān),所有極性分子均有此特性。一般干燥的物體，其ε′在1～5范圍內(nèi)，而水的ε′則高達64，因此如果材料中含有少量水分子時，其復合ε′將顯著上升，ε″也有類似性質(zhì)。

注意手機的使用！使用微波傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物體所引起的微波信號的相移與衰減量，就可以換算出物體的含水量。ε′與ε″不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有

酒精含水量測量儀框圖酒精含水量測量儀框圖微波多普勒傳感器微波測定移動物體的速度和距離是利用雷達能動地將電波發(fā)射到對象物，并接受返回的反射波的能動型傳感器。若對在距離發(fā)射天線為r的位置上以相對速度v運動的物體發(fā)射微波，則由于多卜勒效應，反射波的頻率發(fā)生偏移，如下式所示：式中fd是多卜勒頻率當物體靠近靶時,多卜勒頻率fd為正；遠離靶時，fd為負。輸入接收機的反射波的電壓可用下式表示：微波多普勒傳感器式中fd是多卜勒頻率當物體靠近靶時,因此，根據(jù)測量到的差拍信號頻率，可測定相對速度。但是，用此方法不能測定距離。為此考慮發(fā)射波長（頻率）稍有不同的兩個電波λ1和λ2，這兩個波的反射波的多卜勒頻率也稍有不同。若測定這兩個多卜勒輸出信號成分的相位差為ΔΦ，則可求出距離r：因此，根據(jù)測量到的差拍信號頻率，可測定相對速度。但是，

10.3.1超聲波工作原理波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機械波次聲波：低于16Hz的機械波超聲波：高于2×104Hz的機械波10.3.1超聲波工作原理聲波的頻率界限圖

聲波的頻率界限圖超聲波的波型

縱波-——質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，稱為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播；

橫波——質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。它只能在固體中傳播；

表面波——質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面波質(zhì)點振動的軌跡是橢圓形（其長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著固體的表面?zhèn)鞑ァ?/p>

超聲波的波型縱波-——質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的超聲波的傳播速度

縱波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播縱波，其中氣體中的聲速為344m/s，液體中聲速在900～1900m/s。在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系，通?？烧J為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的90％。超聲波的傳播速度縱波、橫波及表面波的傳播速度，超聲波的反射和折射

超聲波的反射和折射

超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射超聲波的衰減

聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：式中:

、

——

聲波在距聲源x處的聲壓和聲強；

、

——

聲波在聲源處的聲壓和聲強；

——

聲波與聲源間的距離；

——

衰減系數(shù)。

超聲波的衰減聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加壓電式超聲波傳感器

壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理來工作的。壓電式超聲波發(fā)生器是利用逆壓電效應的原理將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最強。（“電致伸縮”）壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上時引起晶片伸縮，在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器是通用型（幾十kHz)高頻型(>100kHz)壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)

通用型（幾十kHz)高頻型(>100kHz)磁致伸縮式超聲波傳感器

磁致伸縮式超聲波傳感器是利用鐵磁材料的磁致伸縮效應原理來工作的。磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導致它的內(nèi)部磁場（即導磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。磁致伸縮式超聲波傳感器磁致伸縮式超聲波傳感器是利用超聲波傳感器的應用脈沖回波法檢測厚度工作原理超聲波測厚超聲波傳感器的應用脈沖回波法檢測厚度工作原理超聲波測厚超聲波測物位(d)

(c)

(b)

(a)

幾種超聲波檢測物位工作原理

超聲波測物位(d)(c)(b)(a)幾種超聲波檢測物超聲波測流量

超聲波測量流體流量是利用超聲波在流體中傳輸時，在靜止流體和流動流體中的傳播速度不同的特點，從而求得流體的流速和流量。時差法測流量

相位差法測流量頻率差法測流量超聲波測流體流量工作原理

超聲波測流量超聲波測量流體流量是利用超聲波在流超聲波探傷

穿透法探傷：穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化情況來判斷工件內(nèi)部質(zhì)量。

反射法探傷：

反射法探傷是根據(jù)超聲波在工件中反射情況的不同來探測工件內(nèi)部是否有缺陷。它又分為一次脈沖反射法和多次脈沖反射法兩種。超聲波探傷穿透法探傷：穿透法探傷

優(yōu)點：指示簡單，適用于自動探傷；可避免盲區(qū)，適宜探測薄板。缺點：探測靈敏度較低，不能發(fā)現(xiàn)小缺陷；根據(jù)能量的變化可判斷有無缺陷，但不能定位；對兩探頭的相對位置要求較高。穿透法探傷原理

穿透法探傷優(yōu)點：指示簡單，適用于自動探傷；可避免盲區(qū)，適宜一次脈沖反射法

一次脈沖反射法探傷原理一次脈沖反射法一次脈沖反射法探傷原理多次脈沖反射法

多次脈沖反射法探傷原理多次脈沖反射法多次脈沖反射法探傷原理10.4新型傳感器新型傳感器是相對于傳統(tǒng)傳感器而言，隨著技術(shù)的發(fā)展和時間的推移，于近年新出現(xiàn)的一類傳感器新型傳感器在智能化、多功能化、綜合性、微型化、集成化、網(wǎng)絡化等方面具有區(qū)別于傳統(tǒng)傳感器的明顯特征其檢測信號的種類越來越豐富、檢測功能越來越強大、檢測精度越來越高，應用越來越廣泛10.4新型傳感器新型傳感器是相對于傳統(tǒng)傳感器而言，隨著技10.4.1智能傳感器智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術(shù)實現(xiàn)的具有分析、判斷、量程自動轉(zhuǎn)換、漂移、非線性和頻率響應等自動補償，對環(huán)境影響量的自適應，自學習以及超限報警、故障診斷等功能的傳感器10.4.1智能傳感器智能傳感器是基于人工智能、信息處理技智能傳感器的特點精度高高可靠性與高穩(wěn)定性高信噪比與高分辨率自適應性強性能價格比高智能傳感器的特點精度高10.4.2模糊傳感器模糊傳感器是以數(shù)值測量為基礎(chǔ)，并能產(chǎn)生和處理與其相關(guān)的測量符號信息的裝置，即模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)值測量的基礎(chǔ)上經(jīng)過模糊推理與知識集成，以自然語言符號的描述形式輸出的傳感器具體地說，將被測量值范圍劃分為若干個區(qū)間，利用模糊集理論判斷被測量值的區(qū)間，并用區(qū)間中值或相應符號進行表示，這一過程稱為模糊化對多參數(shù)進行綜合評價測試時，需要將多個被測量值的相應符號進行組合模糊判斷，最終得出測量結(jié)果信息的符號表示與符號信息系統(tǒng)是研究模糊傳感器的核心與基石10.4.2模糊傳感器模糊傳感器是以數(shù)值測量為基礎(chǔ)，并能產(chǎn)模糊傳感器的一般結(jié)構(gòu)模糊傳感器的一般結(jié)構(gòu)模糊傳感器的基本功能學習推理聯(lián)想感知通信模糊傳感器的基本功能學習10.4.3微傳感器常用微加工工藝及設(shè)備10.4.3微傳感器常用微加工工藝及設(shè)備概念與特點微傳感器是利用集成電路工藝和微組裝工藝，基于各種物理效應的機械、電子元器件集成在一個基片上的傳感器特點：（1）空間占有率小。對被測對象的影響少，能在不擾亂周圍環(huán)境，接近自然的狀態(tài)下獲取信息。（2）靈敏度高，響應速度快。由于慣性、熱容量極小，僅用極少的能量即可產(chǎn)生動作或溫度變化。分辨率高，響應快，靈敏度高，能實時地把握局部的運動狀態(tài)。（3）便于集成化和多功能化。能提高系統(tǒng)的集成密度，可以用多種傳感器的集合體把握微小部位的綜合狀態(tài)量；也可以把信號處理電路和驅(qū)動電路與傳感元件集成于一體，提高系統(tǒng)的性能，并實現(xiàn)智能化和多功能化。（4）可靠性提高?？赏ㄟ^集成構(gòu)成伺服系統(tǒng)，用零位法檢測；還能實現(xiàn)自診斷、自校正功能。把半導體微加工技術(shù)應用于微傳感器的制作，能避免因組裝引起的特性偏差。與集成電路集成在一起可以解決寄生電容和導線過多的問題。（5）消耗電力小，節(jié)省資源和能量。（6）價格低廉。能多個傳感器集成在一起且無須組裝，可以在一塊晶片上同時集成幾個傳感器，從而大幅度降低材料和制造成本。概念與特點微傳感器是利用集成電路工藝和微組裝工藝，基于各種物10.4.4網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡傳感器就是能與網(wǎng)絡連接或通過網(wǎng)絡使其與微處理器、計算機或儀器系統(tǒng)連接的傳感器目前，主要有基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡傳感器和基于以太網(wǎng)（Ethernet）協(xié)議的網(wǎng)絡傳感器兩大類10.4.4網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡傳感器就是能與網(wǎng)絡連接或通過網(wǎng)絡基于IEEE1451標準的網(wǎng)絡傳感器基于IEEE1451標準的網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡傳感器測控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡傳感器測控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)10.4.5生物傳感器生物傳感器是指利用固定化的生物分子作為敏感元件，用來探測生物體內(nèi)或生物體外的環(huán)境化學物質(zhì)或與之起特異性交互作用后產(chǎn)生響應的一種裝置基本結(jié)構(gòu)包括兩個主要部分：一是生物分子識別元件(感受器)，是具有分子識別能力的固定化生物活性物質(zhì)(如酶、蛋白質(zhì)、微生物、組織切片、抗原、抗體、細胞、細胞器、細胞膜、核酸、生物膜等)，為生物傳感器信號接收或產(chǎn)生部分二是信號轉(zhuǎn)換器(換能器)，屬于儀器組件的硬件部份，為物理信號轉(zhuǎn)換組件（主要有電化學電極、光學檢測元件、熱敏電阻、場效應晶體管、壓電石英晶體、表面等離子共振器等）10.4.5生物傳感器生物傳感器是指利用固定化的生物分子作工作原理生物傳感器是通過被測定分子與固定在生物接受器上的敏感材料（稱為生物敏感膜）發(fā)生特異性結(jié)合，并發(fā)生生物化學反應，產(chǎn)生熱焓變化、離子強度變化、pH變化、顏色變化或質(zhì)量變化等信號，產(chǎn)生信號的強弱在一定條件下與特異性結(jié)合的被測定分子的量存在一定的數(shù)學關(guān)系，這些信號經(jīng)換能器轉(zhuǎn)變成電信號后被放大測定，從而獲得被測定分子的量工作原理生物傳感器是通過被測定分子與固定在生物接受器上的敏感分類根據(jù)傳感器輸出信號的產(chǎn)生方式，可分為親和型生物傳感器、代謝型生物傳感器、催化型生物傳感器根據(jù)生物傳感器中信號檢測器（分子識別元件）上的敏感物質(zhì)分類。可分酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞及細胞器傳感器、DNA傳感器、免疫傳感器等。生物學工作者習慣于采用這種分類方法根據(jù)生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器分類。分為電化學生物傳感器、半導體生物傳感器、熱學型生物傳感器、光學型生物傳感器、聲學型生物傳感器等。根據(jù)檢測對象的多少，分為以單一化學物質(zhì)為檢測對象的單功能型生物傳感器和同時檢測微量多種化學物質(zhì)的多功能型生物傳感器。根據(jù)生物傳感器的用途可分為免疫傳感器、藥物傳感器等分類根據(jù)傳感器輸出信號的產(chǎn)生方式，可分為親和型生物傳感器、代應用應用第10章輻射與波式傳感器第10章輻射與波式傳感器學習導航知識單元與知識點紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；紅外、微波、超聲波傳感器的工作原理；紅外、微波、超聲波傳感器的應用。智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡傳感器和生物傳感器的概念、特點、基本結(jié)構(gòu)及應用等。能力點理解紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；會分析紅外探測器的分類與工作原理；把握微波傳感器的分類、組成、特點；會分析超聲波傳感器的工作原理；了解紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的應用。理解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡傳感器和生物傳感器）的概念、特點。重難點重點：紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；紅外傳感器、微波傳感器與超聲波傳感器的工作原理；新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡傳感器）的概念、特點。難點：紅外熱釋電傳感器工作原理；網(wǎng)絡傳感器的體系結(jié)構(gòu)。學習要求了解紅外輻射、微波、超聲波和新型傳感器的概念與基本特性；了解紅外探測器、微波傳感器、超聲波傳感器的工作原理。學習導航知識單元與知識點紅外輻射、微波、超聲波的概念與特性；10.1紅外傳感器10.1.1工作原理紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.76～1000μm。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分，即近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外。10.1紅外傳感器10.1.1工作原理電磁波譜圖電磁波譜圖紅外輻射紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高于絕對零度（－273℃），就會向外部空間以紅外線的方式輻射能量，一個物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射這種形式來實現(xiàn)的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。另一方面，紅外線被物體吸收后可以轉(zhuǎn)化成熱能。紅外線作為電磁波的一種形式，紅外輻射和所有的電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，具有電磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。紅外線在真空中傳播的速度等于波的頻率與波長的乘積。紅外輻射紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高紅外探測器紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應來探測紅外輻射的。

紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱探測器和光子探測器兩大類。紅外探測器

1.熱探測器熱探測器的工作機理是：利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。熱探測器主要優(yōu)點是響應波段寬，響應范圍可擴展到整個紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便，應用相當廣泛。1.熱探測器

熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和高萊氣動型。其中，熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高，頻率響應最寬，所以這種探測器倍受重視，發(fā)展很快。這里我們主要介紹熱釋電型探測器。熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電熱釋電效應熱釋電效應：由于溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象在外加電場作用下，電介質(zhì)中的帶電粒子（電子、原子核等）將受到電場力的作用，正電荷趨向陰極、負電荷趨向陽極，結(jié)果電介質(zhì)的一個表面帶正電，相對表面帶負電，這就是“電極化”電壓去除后，大多數(shù)電介質(zhì)的極化狀態(tài)消失，但鐵電體會保持思考：圖中的紅外光起什么作用？熱釋電效應熱釋電效應：由于溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象思考：圖中

“鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高，使其極化強度降低，表面電荷減少，這相當于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。溫度升高到一定程度，極化將突然消失，這個溫度就是“居里點”。在居里點以下，極化強度是溫度的函數(shù)。如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，則負載電阻上便產(chǎn)生一個電信號輸出。輸出信號的強弱取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強弱，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應率正比于入射光輻射率變化的速率。當鐵電體薄片的溫度達到平衡值時，表面電荷達到平衡濃度，不再釋放電荷，將無輸出信號。極化強度與溫度（變化）的關(guān)系回答：圖中的紅外光起什么作用？“鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當紅

2.光子探測器（參考光電式傳感器部分）光子探測器的工作機理是：利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起光子效應。根據(jù)光子效應制成的紅外探測器稱為光子探測器。通過光子探測器測量材料電子性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。2.光子探測器（參考光電式傳感器部分）10.1.2紅外傳感器的應用1.紅外測溫儀

紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。當物體的溫度低于1000℃時，它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，可用紅外探測器檢測其溫度。物體單位面積所發(fā)射的輻射功率斯蒂藩-玻爾茲曼（Stefan-Boltzmann）定律：物體表面的法向比輻射率（一般物體在0與1之間，1為黑體斯蒂藩-玻爾茲曼常數(shù)物體的絕對溫度10.1.2紅外傳感器的應用1.紅外測溫儀物體1紅外測溫儀前放：起阻抗轉(zhuǎn)換和放大作用選放：只放大調(diào)制頻率的信號，抑制其它頻率的噪聲同步檢波：將交流輸入信號變換成峰－峰值的直流信號輸出加法器：將環(huán)境溫度與測量值相加，實現(xiàn)環(huán)境溫度補償發(fā)射率調(diào)節(jié)電路：實為放大電路，恢復測量信號相對于標定值減小的部分多諧振蕩器：通過一系列分頻器輸出一定時序的方波信號，驅(qū)動步進電機和同步檢波器的開關(guān)電路1紅外測溫儀前放：起阻抗轉(zhuǎn)換和放大作用

2.紅外線氣體分析儀

紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進行分析的。不同氣體其吸收波段（吸收帶）不同，CO氣體對波長為4.65μm附近的紅外線具有很強的吸收能力，CO2氣體則發(fā)生在2.78μm和4.26μm附近以及波長大于13μm的范圍對紅外線有較強的吸收能力。如分析CO氣體，則可以利用4.26μm附近的吸收波段進行分析?？諝庵须p原子氣體具有對稱結(jié)構(gòu)，無極性（如N2，O2，H2），以及單原子惰性氣體（如He,Ne,Ar），它們不吸收紅外輻射。紅外線被吸收的數(shù)量與吸收介質(zhì)的濃度有關(guān)，透過的射線強度I按指數(shù)規(guī)律減弱（朗伯－貝爾定律）：2.紅外線氣體分析儀幾種氣體對紅外線的透射光譜幾種氣體對紅外線的透射光譜光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出3～10μm的紅外線切光片將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線測量室中通入被分析氣體，參比室中封入不吸收紅外線的氣體（如N2等）紅外檢測器是薄膜電容型，它有兩個吸收氣室，充以被測氣體，當它吸收了紅外輻射能量后，氣體溫度升高，導致室內(nèi)壓力增大。紅外線氣體分析儀測量方案光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出3～10μm的紅外線紅外線氣體分析

測量時（如分析CO氣體的含量），兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測量氣室和參比室，由于測量室中含有一定量的CO氣體，該氣體對4.65μm的紅外線有較強的吸收能力，而參比室中氣體不吸收紅外線，這樣射入紅外探測器的兩個吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測量邊的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變了電容C。如被測氣體的濃度愈大，兩束光強的差值也愈大，則電容的變化量也愈大，因此電容變化量反映了被分析氣體中被測氣體的濃度。

紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)原理圖紅外線氣體分析儀測量原理測量時（如分析CO氣體的含量），兩束紅外線

為了消除干擾氣體對測量結(jié)果的影響。所謂干擾氣體，是指與被測氣體吸收紅外線波段有部分重疊的氣體，如CO氣體和CO2在4～5μm波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則CO2的存在對分析CO氣體帶來影響，這種影響稱為干擾。為此在測量邊和參比邊各設(shè)置了一個封有干擾氣體的濾波氣室，它能將與CO2氣體對應的紅外線吸收波段的能量全部吸收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測氣體（如CO）的濃度有關(guān)。設(shè)置濾波氣室的目的為了消除干擾氣體對測量結(jié)果的影響。設(shè)置濾波氣室的目的10.2微波傳感器微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì)微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置微波傳感器是一種新型非接觸式測量傳感器

微波是波長為1mm～1m的電磁波，可以細分為三個波段。10.2微波傳感器微波作為一種電磁波，具有電磁波的10.2.1微波傳感器的原理和組成微波特點：需要定向輻射裝置；遇到障礙物容易反射；繞射能力差；傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較??；介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水對微波的吸收作用最強。10.2.1微波傳感器的原理和組成微波特點：

微波傳感器的測量原理及分類

原理：發(fā)射天線發(fā)出微波信號，該微波信號在傳播過程中遇到被測物體時將被吸收或反射，導致微波功率發(fā)生變化，通過接收天線將接收到的微波信號轉(zhuǎn)換成低頻電信號，再經(jīng)過后續(xù)的信號調(diào)理電路等環(huán)節(jié)，即可顯示出被測量

分類：分為反射式和遮斷式兩類。微波傳感器的測量原理及分類

1.反射式微波傳感器反射式微波傳感器是通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔來測量被測量的。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。

2.遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器是通過檢測接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度、含水量等參數(shù)的。1.反射式微波傳感器微波傳感器的組成微波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、微波天線及微波檢測器三部分組成。

1.微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，即頻率很高（300MHz～300GHz），要求振蕩回路中具有非常微小的電感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應管。微波傳感器的組成

2、微波天線

由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的天線有喇叭形、拋物面形、介質(zhì)天線與隙縫天線等。喇叭形天線結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可以看作是波導管的延續(xù)。喇叭形天線在波導管與空間之間起匹配作用，可以獲得最大能量輸出。

拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。2、微波天線

常用的微波天線扇形喇叭天線;(b)圓錐形喇叭天線;(c)旋轉(zhuǎn)拋物面天線;(d)拋物柱面天線常用的微波天線

3.微波檢測器電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。與其它傳感器相比，敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必須有足夠快的響應速度。作為非線性的電子元件可用種類較多（半導體PN結(jié)元件、隧道結(jié)元件等），根據(jù)使用情形選用。3.微波檢測器微波傳感器的優(yōu)點

·微波傳感器是一種非接觸式傳感器，如進行活體檢測時，大部分不需要取樣；·其波長在1～1，對應的頻率范圍為

，因此有極寬的頻譜；·可在惡劣環(huán)境下工作，如高溫、高壓、有毒、有放射線等，它基本不受煙霧、灰塵、溫度等影響；·頻率高，時間常數(shù)小，反應速度快，可用于動態(tài)檢測與實時處理；·測量信號本身是電信號，無須進行非電量轉(zhuǎn)換，簡化了處理環(huán)節(jié)；·輸出信號可以方便地調(diào)制在載波信號上進行發(fā)射和接收，傳輸距離遠，可實現(xiàn)遙測、遙控；·不會帶來顯著的輻射。微波傳感器的優(yōu)點缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚未得到很好的解決。其次，測量環(huán)境對測量結(jié)果影響大，如溫度、氣壓、取樣位置等。缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標

微波傳感器的應用

微波液位計微波傳感器的應用微波液位計微波濕度傳感器水分子是極性分子。當微波場中有水分子時，偶極子受場的作用而反復取向，不斷從電場中得到能量（儲能），又不斷釋放能量（放能），前者表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。這個特性可用水分子自身介電常數(shù)ε來表征，即ε=ε′+αε″微波濕度傳感器ε=ε′+αε″ε′與ε″不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有關(guān),所有極性分子均有此特性。一般干燥的物體，其ε′在1～5范圍內(nèi)，而水的ε′則高達64，因此如果材料中含有少量水分子時，其復合ε′將顯著上升，ε″也有類似性質(zhì)。

注意手機的使用！使用微波傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物體所引起的微波信號的相移與衰減量，就可以換算出物體的含水量。ε′與ε″不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有

酒精含水量測量儀框圖酒精含水量測量儀框圖微波多普勒傳感器微波測定移動物體的速度和距離是利用雷達能動地將電波發(fā)射到對象物，并接受返回的反射波的能動型傳感器。若對在距離發(fā)射天線為r的位置上以相對速度v運動的物體發(fā)射微波，則由于多卜勒效應，反射波的頻率發(fā)生偏移，如下式所示：式中fd是多卜勒頻率當物體靠近靶時,多卜勒頻率fd為正；遠離靶時，fd為負。輸入接收機的反射波的電壓可用下式表示：微波多普勒傳感器式中fd是多卜勒頻率當物體靠近靶時,因此，根據(jù)測量到的差拍信號頻率，可測定相對速度。但是，用此方法不能測定距離。為此考慮發(fā)射波長（頻率）稍有不同的兩個電波λ1和λ2，這兩個波的反射波的多卜勒頻率也稍有不同。若測定這兩個多卜勒輸出信號成分的相位差為ΔΦ，則可求出距離r：因此，根據(jù)測量到的差拍信號頻率，可測定相對速度。但是，

10.3.1超聲波工作原理波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機械波次聲波：低于16Hz的機械波超聲波：高于2×104Hz的機械波10.3.1超聲波工作原理聲波的頻率界限圖

聲波的頻率界限圖超聲波的波型

縱波-——質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，稱為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播；

橫波——質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，稱為橫波。它只能在固體中傳播；

表面波——質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度增加而迅速衰減的波，稱為表面波。表面波質(zhì)點振動的軌跡是橢圓形（其長軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向）。表面波只能沿著固體的表面?zhèn)鞑ァ?/p>

超聲波的波型縱波-——質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的超聲波的傳播速度

縱波、橫波及表面波的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播縱波，其中氣體中的聲速為344m/s，液體中聲速在900～1900m/s。在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系，通?？烧J為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的90％。超聲波的傳播速度縱波、橫波及表面波的傳播速度，超聲波的反射和折射

超聲波的反射和折射

超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射超聲波的衰減

聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：式中:

、

——

聲波在距聲源x處的聲壓和聲強；

、

——

聲波在聲源處的聲壓和聲強；

——

聲波與聲源間的距離；

——

衰減系數(shù)。

超聲波的衰減聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加壓電式超聲波傳感器

壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理來工作的。壓電式超聲波發(fā)生器是利用逆壓電效應的原理將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最強。（“電致伸縮”）壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上時引起晶片伸縮，在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器是通用型（幾十kHz)高頻型(>100kHz)壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)

通用型（幾十kHz)高頻型(>100kHz)磁致伸縮式超聲波傳感器

磁致伸縮式超聲波傳感器是利用鐵磁材料的磁致伸縮效應原理來工作的。磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導致它的內(nèi)部磁場（即導磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。磁致伸縮式超聲波傳感器磁致伸縮式超聲波傳感器是利用超聲波傳感器的應用脈沖回波法檢測厚度工作原理超聲波測厚超聲波傳感器的應用脈沖回波法檢測厚度工作原理超聲波測厚超聲波測物位(d)

(c)

(b)

(a)

幾種超聲波檢測物位工作原理

超聲波測物位(d)(c)(b)(a)幾種超聲波檢測物超聲波測流量

超聲波測量流體流量是利用超聲波在流體中傳輸時，在靜止流體和流動流體中的傳播速度不同的特點，從而求得流體的流速和流量。時差法測流量

相位差法測流量頻率差法測流量超聲波測流體流量工作原理

超聲波測流量超聲波測量流體流量是利用超聲波在流超聲波探傷

穿透法探傷：穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化情況來判斷工件內(nèi)部質(zhì)量。

反射法探傷：

反射法探傷是根據(jù)超聲波在工件中反射情況的不同來探測工件內(nèi)部是否有缺陷。它又分為一次脈沖反射法和多次脈沖反射法兩種。超聲波探傷穿透法探傷：穿透法探傷

優(yōu)點：指示簡單，適用于自動探傷；可避免盲區(qū)，適宜探測薄板。缺點：探測靈敏度較低，不能發(fā)現(xiàn)小缺陷；根據(jù)能量的變化可判斷有無缺陷，但不能定位；對兩探頭的相對位置要求較高。穿透法探傷原理

穿透法探傷優(yōu)點：指示簡單，適用于自動探傷；可避免盲區(qū)，適宜一次脈沖反射法

一次脈沖反射法探傷原理一次脈沖反射法一次脈沖反射法探傷原理多次脈沖反射法

多次脈沖反射法探傷原理多次脈沖反射法多次脈沖反射法探傷原理10.4新型傳感器新型傳感器是相對于傳統(tǒng)傳感器而言，隨著技術(shù)的發(fā)展和時間的推移，于近年新出現(xiàn)的一類傳感器新型傳感器在智能化、多功能化、綜合性、微型化、