传感器与检测技术第11章-红外和辐射式传感器课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《传感器与检测技术第11章-红外和辐射式传感器课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 检测 技术 11 红外 辐射 课件
- 资源描述:
-
1、1.1.掌握掌握红外传感器红外传感器工作原理及应用工作原理及应用 2.2.了解超了解超声波传感器声波传感器工作原理及应用工作原理及应用第十一章第十一章 红外和辐射式传感红外和辐射式传感器器返回课程索引返回课程索引传感器与检测技术传感器与检测技术11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器 1 1、红外辐射的、红外辐射的物理基础物理基础热热辐射:任何物体辐射:任何物体只要温度高于绝只要温度高于绝对零度,就会向对零度,就会向周围空间辐射红周围空间辐射红外线外线第十一章第十一章 红外和辐射式传感器红外和辐射式传感器辐射能以波动形式表现出来,其辐射能以波动形式表现出来,其波长的范围极广波长的范围极广,从,从
2、短波、短波、x光、紫外光、可见光、光、紫外光、可见光、红外光红外光一直到电磁波一直到电磁波。光谱图光谱图基尔霍夫定律基尔霍夫定律:光谱发射率等于它的光谱吸收率,即物体向外光谱发射率等于它的光谱吸收率,即物体向外发射辐射能取决于它的吸收本领发射辐射能取决于它的吸收本领0RWW 11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器2 2、红外辐射的基本定律、红外辐射的基本定律0RWW 式式中中:物物体体在在单单位位时时间间和和单单位位面面积积内内辐辐射射出出的的辐辐射射能能物物体体辐辐射射吸吸收收度度常常数数,为为黑黑体体在在相相同同条条件件下下辐辐射射出出的的辐辐射射能能斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼(玻尔兹曼(St
3、efanBoltzmann)定律:)定律:物体的总的辐射出射度物体的总的辐射出射度与温度的四次方与温度的四次方成正比。成正比。4WT 24TW m KT -3-3式式中中:温温度度为为 时时全全波波长长范范围围的的材材料料发发射射率率,也也称称为为黑黑度度系系数数;为为斯斯忒忒潘潘玻玻耳耳兹兹曼曼常常数数;5.6696 105.6696 10为为物物体体的的热热力力学学温温度度 通常物体的通常物体的 处于处于01之间,之间,=1的物体称为黑体的物体称为黑体11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器维恩位移定律维恩位移定律 2897mT 光谱辐射通量密度光谱辐射通量密度峰峰值波长值波长与温度成反比与
4、温度成反比 11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器在温度不很高时在温度不很高时,峰,峰值波长值波长在在红外区域红外区域3 3、红外传感(探测)器、红外传感(探测)器 红外探测器能红外探测器能将红外辐射能转换成电量将红外辐射能转换成电量。分为。分为热传热传感器感器和和光子传感器光子传感器两大类。两大类。热传感器热传感器基于基于热电效应热电效应,常用的热探测器有,常用的热探测器有热热敏电阻型、热电偶型、高莱气动型敏电阻型、热电偶型、高莱气动型及及热释电型热释电型。在。在整整个红外波段个红外波段有较好的光谱响应。有较好的光谱响应。光子传感器光子传感器(量子型量子型)基于基于光电效应光电效应,某些半导
5、某些半导体材料在入射光的照射下,会激发出电子,通过测量体材料在入射光的照射下,会激发出电子,通过测量电学性质的变化,即可知道入射光的强度。电学性质的变化,即可知道入射光的强度。光探测器的响应时间比热探测器短的多光探测器的响应时间比热探测器短的多。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器常见的红外传感(探测)器常见的红外传感(探测)器热传感器热传感器热敏电阻型:热敏电阻型:热电偶型:热电偶型:高莱气动型:高莱气动型:热释电型:热释电型:热传感器热传感器在整个红外波段有较好的光谱响应在整个红外波段有较好的光谱响应,但,但是是响应时间长响应时间长,不适合测量快速变
6、化的红外信号,而,不适合测量快速变化的红外信号,而且线性度较差。且线性度较差。电阻随温度变化而变化,电阻随温度变化而变化,响应速度慢响应速度慢温度变化引起,体积变化温度变化引起,体积变化灵敏度高,响应时间长灵敏度高,响应时间长只能测交变信号只能测交变信号,须对红外辐,须对红外辐射进行调制射进行调制热电效应,动态特性差热电效应,动态特性差光子传感器光子传感器外光电器件型:外光电器件型:光电导型:光电导型:光生伏特型:光生伏特型:光磁电型:光磁电型:光子激发出电子光子激发出电子光照时使电导率变化光照时使电导率变化光照时产生电势光照时产生电势利用光电磁效应利用光电磁效应 光子传感器比热传感器反应灵敏
7、,光子传感器比热传感器反应灵敏,响应时间短响应时间短,适合测量快速变化的红外信号,但是光子传感器通常适合测量快速变化的红外信号,但是光子传感器通常需要在较低温度下才能正常工作,需要在较低温度下才能正常工作,须配备制冷器须配备制冷器。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器红外探测器的构成:红外探测器的构成:由由光学系统光学系统、敏感元件敏感元件、前置放大器前置放大器和和信号调信号调制器制器组成。根据光学系统的结构不同,红外辐射探测组成。根据光学系统的结构不同,红外辐射探测器可分为器可分为反射式光学系统、透射式光学系统反射式光学系统、透射式光学系统两种。两种。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器
8、红外传感器的性能参数红外传感器的性能参数 (1)(1)响应率响应率输出电压与输入的红外辐射功率之比输出电压与输入的红外辐射功率之比 0svURP A 11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器20/SUPW cmA 红红外外传传感感器器的的输输出出电电压压投投射射到到红红外外敏敏感感元元件件单单位位面面积积上上的的功功率率,红红外外传传感感器器敏敏感感元元件件的的面面积积(2)响应波长范围响应波长范围热探测器的响应率热探测器的响应率r与波长无关;与波长无关;光子探测器响应率光子探测器响应率r与波长有关。与波长有关。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器(3)噪声等效功率噪声等效功率(NEP)与噪声
9、电压相当的输与噪声电压相当的输入辐射功率。入辐射功率。NUNEPr(4)(4)探测率探测率表示表示所能探测到的最小辐射功率所能探测到的最小辐射功率。*ffNSrDSNEPU(5)时间常数时间常数输出达到最终稳态输出达到最终稳态63所需要的时间所需要的时间(输出信号的变化速率)(输出信号的变化速率)。3 3、红外辐射传感器的应用、红外辐射传感器的应用测温范围宽,测温范围宽,时间常数为时间常数为4 410ms10ms;图中图中调制盘调制盘的作用是将恒定或缓变的红外辐射变换为的作用是将恒定或缓变的红外辐射变换为交变辐射交变辐射;前置放大器由两个作用:前置放大器由两个作用:阻抗变换阻抗变换、信号放大信
10、号放大。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器1 1)、红外测温)、红外测温11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器HCW-VAHCW-VA远距离红外测温远距离红外测温仪在铁道车辆红外检测仪在铁道车辆红外检测系统中的应用系统中的应用HCW-VHCW-VB B远距离红外测温远距离红外测温仪在铁道仪在铁道输电塔输电塔红外检红外检测系统中的应用测系统中的应用2 2)红外热像仪)红外热像仪:将被测物体的:将被测物体的温度分布转化为电视图温度分布转化为电视图像或照片像或照片,实现非接触、实时、连续的温度测量。,实现非接触、实时、连续的温度测量。测温范围宽,分辨率高测温范围宽,分辨率高,在刀具温度场监测、军
11、事等,在刀具温度场监测、军事等应用应用 11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器红外热成像仪工作原理红外热成像仪工作原理11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW-OICW 夜视瞄准机系统:非夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术冷却红外传感器技术11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器洛克希德洛克希德马丁公司研制生产的马丁公司研制生产的AN/AAS-38B型型“夜鹰夜鹰”前视前视红外瞄准吊舱红外瞄准吊舱 雷神公司研制生产的雷神公司研制生产的AN/ASQ-228型型“阿特弗利阿特弗利尔尔”先进前视红外瞄准吊先进前视红外瞄准吊舱舱 11.1 红
12、外辐射传感器红外辐射传感器3 3)红外分析仪)红外分析仪:根据物质:根据物质对不同波长的红外光的吸收对不同波长的红外光的吸收情况情况,来识别物质分子的类型。,来识别物质分子的类型。被测气室通过的气体与标准气室里的气体成分相差越被测气室通过的气体与标准气室里的气体成分相差越大,则两个气室出来的红外辐射强度差别越大。大,则两个气室出来的红外辐射强度差别越大。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器红外多成份气体分析仪红外多成份气体分析仪 11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器4 4)红外热波无损探伤红外热波无损探伤:针对各类试件选择不同特性的热源进行:针对各类试件选择不同特性的热源进行周期周期、脉冲
13、脉冲、直流直流等函数类型的加热,在计算机控制下进行时等函数类型的加热,在计算机控制下进行时序热波信号探测和数据采集。序热波信号探测和数据采集。核心设备核心设备:热成像仪、加热装置、控制装置、计算机及图像处:热成像仪、加热装置、控制装置、计算机及图像处理装置、图像处理软件。理装置、图像处理软件。发展及应用发展及应用:主要应用于飞机、航天器等探伤研究,得到美国:主要应用于飞机、航天器等探伤研究,得到美国军方、军方、FAAFAA及各大航空公司巨额资助。及各大航空公司巨额资助。特点特点:与传统依靠物体本身热辐射而对其温场被动成像的探伤:与传统依靠物体本身热辐射而对其温场被动成像的探伤技术不同,技术不同
14、,红外热波技术利用物体因结构或材料不同而导致的红外热波技术利用物体因结构或材料不同而导致的热传导特性不同,采用对试件加热的方法用以激发显示表面裂热传导特性不同,采用对试件加热的方法用以激发显示表面裂纹、内部损伤和结构异常等,最后用计算机处理热成像仪采集纹、内部损伤和结构异常等,最后用计算机处理热成像仪采集到的图像以达到探伤目的。到的图像以达到探伤目的。11.1 红外辐射传感器红外辐射传感器11.2 超声波传感器超声波传感器超声波探头超声波探头 1、超声波检测的物理基础超声波检测的物理基础 声波声波机械振动机械振动在弹性介质中的传播。在弹性介质中的传播。第十一章第十一章 红外和辐射式传感器红外和
15、辐射式传感器1 1)次声波)次声波 次声波是次声波是频率低于频率低于20赫兹的声波赫兹的声波,人耳听,人耳听不到,但可与人体器官不到,但可与人体器官发生共振,发生共振,78Hz的次的次声波会引起人的恐怖感,声波会引起人的恐怖感,动作不协调,甚至导致动作不协调,甚至导致心脏停止跳动。心脏停止跳动。11.2 超声波传感器超声波传感器2)可闻声波:)可闻声波:2020000Hz美妙的音乐使人陶醉美妙的音乐使人陶醉 11.2 超声波传感器超声波传感器3)超声波:频率)超声波:频率大于大于20000Hz蝙蝠依靠超声波捕食蝙蝠依靠超声波捕食 频率高于频率高于20kHz的机械振动波称为超声的机械振动波称为超
16、声波。它的波。它的指向性很好指向性很好,能量集中能量集中,因此穿透,因此穿透本领大,能穿透几米厚的钢板,而能量损失本领大,能穿透几米厚的钢板,而能量损失不大。不大。在遇到两种介质的分界面(例如钢板与在遇到两种介质的分界面(例如钢板与空气的交界面)时,能产生明显的反射和折空气的交界面)时,能产生明显的反射和折射现象,射现象,超声波的频率越高,其声场指向性超声波的频率越高,其声场指向性就愈好就愈好。11.2 超声波传感器超声波传感器2、超声波产生技术:超声波换能器及耦合技术超声波产生技术:超声波换能器及耦合技术 超声波换能器又称超声波换能器又称超声波探头超声波探头。超声波换能器的。超声波换能器的工
展开阅读全文