近代检测技术课件

第十六章第十六章近代检测技术近代检测技术近代检测技术近代检测技术1.超声检测超声检测2.红外检测红外检测3.核辐射检测核辐射检测4.激光检测激光检测5.微波检测微波检测16、1 超声检测超声检测1.超声检测的物理基础超声检测的物理基础2.超声波探头超声波探头3.超声波检测技术的应用超声波检测技术的应用1、超声检测的物理基础、超声检测的物理基础l频率高于频率高于2104HZ的机械波称为超声波。的机械波称为超声波。l当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，而在异质界面上产生反射、种介质中的传播速度不同，而在异质界面上产生反射、折射和波形转换等现象。折射和波形转换等现象。波的反射和折射波的反射和折射a.反射定律：反射定律：b.折射定律：折射定律：超声波的波型及其转换超声波的波型及其转换l纵波纵波：质点振动方向与传播方向一致的波称：质点振动方向与传播方向一致的波称为纵波，它能在固体、液体和气体中传播。为纵波，它能在固体、液体和气体中传播。l横波横波：质点振动方向垂直与传播方向的波称：质点振动方向垂直与传播方向的波称为横波，它只能在固体中传播。为横波，它只能在固体中传播。l表面波表面波：质点振动介于纵波与横波之间，沿：质点振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减的波称为表面波，它只在固体的表面传播。减的波称为表面波，它只在固体的表面传播。1、超声检测的物理基础、超声检测的物理基础声波的衰减声波的衰减声波在介质中传播时随着传播距离的增加，声波在介质中传播时随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射、吸收等因素有关。散射、吸收等因素有关。1、超声检测的物理基础、超声检测的物理基础2、超声波探头、超声波探头l超声波探头是实现声、电转换的装置，又超声波探头是实现声、电转换的装置，又称超声换能器或传感器。这种装置能发射称超声换能器或传感器。这种装置能发射超声波和接受超声回波，并转换成相应的超声波和接受超声回波，并转换成相应的电信号。电信号。l超声波探头的分类超声波探头的分类按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等多种，其中以压电式为最常用。磁式等多种，其中以压电式为最常用。3、超声波检测技术的应用、超声波检测技术的应用超声波测厚度超声波测厚度超声波测厚度的方法有共振法、干涉法、超声波测厚度的方法有共振法、干涉法、脉冲回波法等，例脉冲回波法检测厚度。脉冲回波法等，例脉冲回波法检测厚度。超声波测液位超声波测液位脉冲回波式测量液位，图脉冲回波式测量液位，图16-6。超声波定点式液位计，实现定点报警或液超声波定点式液位计，实现定点报警或液面控制，图面控制，图16-7。超声波测流量超声波测流量l测量原理：超声波在静止和流动液体中传播测量原理：超声波在静止和流动液体中传播的速度是不同的，进而形成传播时间和相位的速度是不同的，进而形成传播时间和相位上的变化，由此可求得流体的流速和流量。上的变化，由此可求得流体的流速和流量。1)时差法测流量时差法测流量l测量原理：转换发射与接收探头的功能，求出测量原理：转换发射与接收探头的功能，求出顺流和逆流的传播时间顺流和逆流的传播时间t1、t2，则时差为：则时差为：3、超声波检测技术的应用、超声波检测技术的应用3、超声波检测技术的应用、超声波检测技术的应用超声波测流量超声波测流量2)相位差法测流量相位差法测流量测量原理：转换发射与接收探头的功能，求出顺流和逆流测量原理：转换发射与接收探头的功能，求出顺流和逆流接收信号相对发射超声波的相位角接收信号相对发射超声波的相位角1和和2，则相位差：则相位差：两束波的相差两束波的相差与传送时间差与传送时间差t之间的关系为：之间的关系为：=2f t，由于相差由于相差比比时间差时间差t有了一个放大系数有了一个放大系数2f，在一定范围内频率在一定范围内频率f越大，测量越容易，该法以测相越大，测量越容易，该法以测相位角代替精确测量时间，因而可以进一步提高测量精度。位角代替精确测量时间，因而可以进一步提高测量精度。3、超声波检测技术的应用、超声波检测技术的应用超声波测流量超声波测流量3)频率差法测流量频率差法测流量声循环法声循环法：由发射器向流体发射声脉冲，接收：由发射器向流体发射声脉冲，接收器将接受到的声脉冲转化为电信号，经过放大器将接受到的声脉冲转化为电信号，经过放大后再去触发发射器发射下一个脉冲，因此任何后再去触发发射器发射下一个脉冲，因此任何一个声脉冲信号都是由前一个接收信号脉冲所一个声脉冲信号都是由前一个接收信号脉冲所触发。由于脉冲信号是在发射器、流体、接收触发。由于脉冲信号是在发射器、流体、接收器、放大电路系统内循环，所以又称声循环法。器、放大电路系统内循环，所以又称声循环法。重复频率重复频率：脉冲在声环系统中一个来回所需时：脉冲在声环系统中一个来回所需时间的倒数称为声环频率，即重复频率。它的周间的倒数称为声环频率，即重复频率。它的周期主要由声脉冲在流体中的传播时间所决定。期主要由声脉冲在流体中的传播时间所决定。3、超声波检测技术的应用、超声波检测技术的应用超声波测流量超声波测流量3)频率差法测流量频率差法测流量测量原理：顺流和逆流超声波的重复频率测量原理：顺流和逆流超声波的重复频率f1、f2不不同，则频率差：同，则频率差：优点：速度优点：速度v直接与直接与f，而与波速而与波速c值无关，可获值无关，可获得更高的测量精度。得更高的测量精度。16、2 红外检测红外检测1.红外检测的物理基础红外检测的物理基础2.红外探测器红外探测器3.红外辐射检测技术的应用红外辐射检测技术的应用1、红外检测的物理基础红外检测的物理基础l红外辐射又称红外光，其热效应最大。在红外辐射又称红外光，其热效应最大。在自然界中只要物体本身具有一定温度（高自然界中只要物体本身具有一定温度（高于绝对零度），都能辐射红外光。于绝对零度），都能辐射红外光。l红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。收等特性。l几个名词：黑体、镜体、透明体、灰体几个名词：黑体、镜体、透明体、灰体1、红外检测的物理基础红外检测的物理基础基尔基尔霍夫定律：物体向周围发射红外辐霍夫定律：物体向周围发射红外辐射能时，同时也能吸收周围物体发射的射能时，同时也能吸收周围物体发射的红外辐射能，即：红外辐射能，即：1、红外检测的物理基础红外检测的物理基础斯忒斯忒藩藩-波尔兹曼定律波尔兹曼定律维恩位移定律维恩位移定律2、红外探测器、红外探测器l红外探测器按其工作原理可分为：热探红外探测器按其工作原理可分为：热探测器和光子探测器两类。测器和光子探测器两类。热探测器热探测器：热探测器在吸收红外辐射能：热探测器在吸收红外辐射能后温度升高，引起某些物理性质的变化，后温度升高，引起某些物理性质的变化，这种变化与吸收的红外辐射能成一定的这种变化与吸收的红外辐射能成一定的关系。关系。光子探测器光子探测器：利用光子效应制成的红外：利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器探测器称为光子探测器。3、红外辐射检测技术的应用、红外辐射检测技术的应用红外测温红外测温红外气体分析红外气体分析红外遥测红外遥测红外测温红外测温l比色比色温度计温度计：维恩位移定律指出，当温度升高时，：维恩位移定律指出，当温度升高时，绝对黑体辐射能量的光谱分布要发生变化，一绝对黑体辐射能量的光谱分布要发生变化，一方面辐射峰值向波长短的方向移动；另一方面方面辐射峰值向波长短的方向移动；另一方面光谱分布曲线的斜率将明显增加，斜率的增加光谱分布曲线的斜率将明显增加，斜率的增加致使两个波长对应的光谱能量比发生明显的变致使两个波长对应的光谱能量比发生明显的变化。把根据测量两个光谱能量比（两个波长下化。把根据测量两个光谱能量比（两个波长下的亮度比）来测量物体温度的方法称比色测温的亮度比）来测量物体温度的方法称比色测温法，此种测量仪器称比色温度计。法，此种测量仪器称比色温度计。红外气体分析红外气体分析l利用气体透射光谱的吸收带现象，通过测量对吸利用气体透射光谱的吸收带现象，通过测量对吸收带光谱的光的透射或吸收情况，测量是否含有收带光谱的光的透射或吸收情况，测量是否含有某种特定的气体成分及其含量大小。只要在红外某种特定的气体成分及其含量大小。只要在红外波段范围内存在吸收带的任何气体，都可用这种波段范围内存在吸收带的任何气体，都可用这种方法分析。方法分析。lco2红外气体分析仪，红外气体分析仪，co2气体透射光谱的吸收带气体透射光谱的吸收带是由是由co2内部原子相对振动引起的，吸收带处的内部原子相对振动引起的，吸收带处的光子能量反映了振动频率的大小。光子能量反映了振动频率的大小。16、3 核辐射检测核辐射检测1.核辐射检测的物理基础核辐射检测的物理基础2.核辐射传感器核辐射传感器3.核辐射检测技术的应用核辐射检测技术的应用1、核辐射检测的物理基础、核辐射检测的物理基础同位素：同位素：a同位素：原子序数相同，但原子质量数不同同位素：原子序数相同，但原子质量数不同的元素，称作同位素。的元素，称作同位素。a放射性同位素：在没有外因作用时原子核会放射性同位素：在没有外因作用时原子核会自动在衰变放出射线，这种同位素称作自动在衰变放出射线，这种同位素称作“放放射性同位素射性同位素”。其衰减规律为：。其衰减规律为：1、核辐射检测的物理基础、核辐射检测的物理基础核辐射核辐射a核辐射：放射性同位素衰变时，放出一种核辐射：放射性同位素衰变时，放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线的现象。特殊的带有一定能量的粒子或射线的现象。a核辐射强度：单位时间内发生衰变的次数核辐射强度：单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称为放射性强度。来表示放射性的强弱，称为放射性强度。1、核辐射检测的物理基础、核辐射检测的物理基础核辐射与物质间的相互作用核辐射与物质间的相互作用a.电离作用电离作用b.核辐射的散射与吸收核辐射的散射与吸收2、核辐射传感器、核辐射传感器电离室电离室气体放电计数管（盖格计数管）气体放电计数管（盖格计数管）闪烁计数器闪烁计数器3、核辐射检测技术的应用、核辐射检测技术的应用核辐射在线测厚仪核辐射在线测厚仪l利用物质对射线的吸收程度或核辐射散射与利用物质对射线的吸收程度或核辐射散射与物质厚度有关的原理进行工作。物质厚度有关的原理进行工作。核辐射物位计核辐射物位计l不同介质对不同介质对射线的吸收能力不同，固体吸射线的吸收能力不同，固体吸收能力最强，液体次之，气体最弱。收能力最强，液体次之，气体最弱。核辐射流量计核辐射流量计核辐射探伤核辐射探伤16、4 激光检测激光检测1.激光检测的物理基础激光检测的物理基础2.激光器及其特点激光器及其特点3.激光检测技术的应用激光检测技术的应用1、激光检测的物理基础、激光检测的物理基础激光的形成激光的形成激光的特性激光的特性1)方向性强，亮度高方向性强，亮度高2)单色性好单色性好3)相干性好相干性好2、激光器及其特点、激光器及其特点1)固体激光器固体激光器2)气体激光器气体激光器3)液体激光器液体激光器4)半导体激光器半导体激光器3、激光检测技术的应用、激光检测技术的应用激光测距激光测距l将光速为将光速为c的激光射向被测目标，测量它返的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离距离d，即：即：d=c*t/2。激光测流速激光测流速l多普勒效应多普勒效应：当波源与观测者之间存在相对：当波源与观测者之间存在相对运动时，观测者接收到的波的频率不等于波运动时，观测者接收到的波的频率不等于波源振动的频率，这种现象称为多普勒效应。源振动的频率，这种现象称为多普勒效应。激光测长激光测长激光测车速激光测车速16、5 微波检测微波检测1.微波检测的基本知识微波检测的基本知识2.微波传感器微波传感器3.微波检测技术的应用微波检测技术的应用1、微波检测的基本知识、微波检测的基本知识微波检测的基本知识微波检测的基本知识l微波的三大特性：吸收、反射和透射。微波的三大特性：吸收、反射和透射。微波振荡器与微波天线微波振荡器与微波天线2、微波传感器、微波传感器反射式传感器反射式传感器l通过检测被测物反射回来的微波功率或经过通过检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔来表达被测物的位置、厚度等参的时间间隔来表达被测物的位置、厚度等参数。数。遮断式传感器遮断式传感器l通过检测接收天线接收到的微波功率大小来通过检测接收天线接收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置与含水量等。测物的位置与含水量等。3、微波检测技术的应用、微波检测技术的应用微波液位计微波液位计微波物位计微波物位计微波测厚仪微波测厚仪