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1、第7章 其他傳感器技術(shù) 7.1 紅外傳感器7.2 超聲波傳感器7.3 光纖傳感器7.4 傳感新技術(shù)簡(jiǎn)介 紅外技術(shù)在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、紅外技術(shù)在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究等方面的應(yīng)用得到了快速的發(fā)展，科學(xué)研究等方面的應(yīng)用得到了快速的發(fā)展，紅外技術(shù)的應(yīng)用幾乎普遍化，例如軍事上的紅外技術(shù)的應(yīng)用幾乎普遍化，例如軍事上的熱成像系統(tǒng)、搜索跟蹤系統(tǒng)、紅外警戒系統(tǒng)，熱成像系統(tǒng)、搜索跟蹤系統(tǒng)、紅外警戒系統(tǒng)，天文學(xué)上基于紅外線的天體演化研究，醫(yī)學(xué)天文學(xué)上基于紅外線的天體演化研究，醫(yī)學(xué)上的紅外診斷和輔助治療，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的上的紅外診斷和輔助治療，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度探測(cè)及紅外烘干等等。溫度探測(cè)及紅外烘干等

2、等。7.1.1 紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)7.1.2 紅外探測(cè)（傳感）器紅外探測(cè)（傳感）器 紅外輻射俗稱(chēng)紅外線，是一種不可見(jiàn)光。它紅外輻射俗稱(chēng)紅外線，是一種不可見(jiàn)光。它的波長(zhǎng)范圍大致在的波長(zhǎng)范圍大致在0.761000m，工程上又把，工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為紅外線所占據(jù)的波段分為和和。除了太陽(yáng)能輻射紅外線外，自然界任何物體只要它本身具除了太陽(yáng)能輻射紅外線外，自然界任何物體只要它本身具有一定溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外光，而且物有一定溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外光，而且物體溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能越多。物體在向周?chē)l(fā)射體溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能越多。物體在向周?chē)l(fā)

3、射紅外輻射能的同時(shí)，也吸收周?chē)矬w發(fā)射的紅外輻射能。紅外輻射能的同時(shí)，也吸收周?chē)矬w發(fā)射的紅外輻射能。由于各種物質(zhì)內(nèi)部的原子分子結(jié)構(gòu)不同，它們所發(fā)射出的由于各種物質(zhì)內(nèi)部的原子分子結(jié)構(gòu)不同，它們所發(fā)射出的輻射頻率也不相同，這些頻率所覆蓋的范圍也即稱(chēng)為紅外輻射頻率也不相同，這些頻率所覆蓋的范圍也即稱(chēng)為紅外光譜。由實(shí)驗(yàn)可知，光譜。由實(shí)驗(yàn)可知，即有：，即有：m=2897/T (m)（7-1）圖圖7-2為不同溫度的光譜輻射分布曲線，圖中虛線表示了峰為不同溫度的光譜輻射分布曲線，圖中虛線表示了峰值輻射波長(zhǎng)值輻射波長(zhǎng)m與溫度的關(guān)系曲線。從圖中可以看到，隨著與溫度的關(guān)系曲線。從圖中可以看到，隨著溫度的升高其峰

4、值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。溫度的升高其峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。主動(dòng)式主動(dòng)式被動(dòng)式被動(dòng)式利用紅外輻射源對(duì)被測(cè)物進(jìn)行輻射，通過(guò)被測(cè)物對(duì)紅利用紅外輻射源對(duì)被測(cè)物進(jìn)行輻射，通過(guò)被測(cè)物對(duì)紅外光進(jìn)行吸收、反射和透射后，物體自身或紅外光將外光進(jìn)行吸收、反射和透射后，物體自身或紅外光將發(fā)生變化。發(fā)生變化。被測(cè)物本身就是紅外輻射源，檢測(cè)其紅外輻射能實(shí)現(xiàn)被測(cè)物本身就是紅外輻射源，檢測(cè)其紅外輻射能實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，或通過(guò)物體各個(gè)點(diǎn)輻射能大小生成的熱像溫度測(cè)量，或通過(guò)物體各個(gè)點(diǎn)輻射能大小生成的熱像圖，進(jìn)行無(wú)損探傷等圖，進(jìn)行無(wú)損探傷等。凡是能把紅外輻射量轉(zhuǎn)變成另一種便于測(cè)量的物理量（如凡是能把紅外輻射量轉(zhuǎn)變成另一種便于測(cè)量的物

5、理量（如電量等）的器件都可稱(chēng)為紅外探測(cè)器。電量等）的器件都可稱(chēng)為紅外探測(cè)器。紅外檢測(cè)從原理上可分為紅外檢測(cè)從原理上可分為和和兩種。兩種。無(wú)論是利用物體的紅外輻射特性還是物體對(duì)無(wú)論是利用物體的紅外輻射特性還是物體對(duì)紅外的反射、吸收、透射等來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外檢測(cè)，紅外的反射、吸收、透射等來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外檢測(cè)，構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)中一般包含有構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)中一般包含有、傳輸傳輸紅外的紅外的和接收紅外的和接收紅外的，以及，以及等組成部分。等組成部分。，是利用紅外輻射與，是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來(lái)探測(cè)紅外物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來(lái)探測(cè)紅外輻射的。輻射的。熱探測(cè)器的工作機(jī)理是：利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探

6、測(cè)熱探測(cè)器的工作機(jī)理是：利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量相關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量相關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。根據(jù)吸收紅外輻射能后探測(cè)器物理參數(shù)的變化，可以將根據(jù)吸收紅外輻射能后探測(cè)器物理參數(shù)的變化，可以將熱探測(cè)器分為四類(lèi)：熱探測(cè)器分為四類(lèi)：。其中，。其中，熱探測(cè)器熱探測(cè)器1 利用光子效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器稱(chēng)為光子探測(cè)器。常利用光子效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器稱(chēng)為光子探測(cè)器。常見(jiàn)的光子效應(yīng)有外光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)

7、、光電磁效應(yīng)、見(jiàn)的光子效應(yīng)有外光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光電磁效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)。相應(yīng)的，光探測(cè)器主要包括，利用外光電效光電導(dǎo)效應(yīng)。相應(yīng)的，光探測(cè)器主要包括，利用外光電效應(yīng)而制成的應(yīng)而制成的；利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的；利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的；利用阻擋層光電效應(yīng)制成的；利用阻擋層光電效應(yīng)制成的；利用光磁電效應(yīng)制成的利用光磁電效應(yīng)制成的。光探測(cè)器光探測(cè)器2熱探測(cè)器的特點(diǎn)熱探測(cè)器的特點(diǎn)從紅外檢測(cè)原理知，利用紅外的反射、從紅外檢測(cè)原理知，利用紅外的反射、透射、吸收特性透射、吸收特性等，利用其輻射特等，利用其輻射特性，性，。7.1 紅外傳感器7.2 超聲波傳感器7.3 光纖傳感器7.4 傳感新技術(shù)簡(jiǎn)介 超聲技術(shù)是

8、一門(mén)以物理、電子、機(jī)械及超聲技術(shù)是一門(mén)以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)、在各行各業(yè)都得到使用的通材料學(xué)為基礎(chǔ)、在各行各業(yè)都得到使用的通用技術(shù)之一。目前，超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于用技術(shù)之一。目前，超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、船舶、機(jī)械、醫(yī)療等各個(gè)工業(yè)部門(mén)的冶金、船舶、機(jī)械、醫(yī)療等各個(gè)工業(yè)部門(mén)的超聲清洗、超聲焊接、超聲檢測(cè)、超聲探傷超聲清洗、超聲焊接、超聲檢測(cè)、超聲探傷和超聲醫(yī)療等方面，并取得了很好的社會(huì)效和超聲醫(yī)療等方面，并取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。益和經(jīng)濟(jì)效益。7.2.1 超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)7.2.2 超聲波傳感器及應(yīng)用超聲波傳感器及應(yīng)用 振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱(chēng)為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)

9、波。頻率在振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱(chēng)為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)波。頻率在之間，能為人耳所聞的機(jī)械波，稱(chēng)為之間，能為人耳所聞的機(jī)械波，稱(chēng)為；低于；低于的的機(jī)械波，稱(chēng)為機(jī)械波，稱(chēng)為；高于；高于的機(jī)械波，稱(chēng)為的機(jī)械波，稱(chēng)為，如圖，如圖7-3所示。頻所示。頻率在率在之間的波，稱(chēng)為之間的波，稱(chēng)為?？v波縱波橫波橫波表面波表面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、液體和氣體致的波，它能在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播介質(zhì)中傳播質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)中傳播波，它只能在固體介質(zhì)中傳播質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于

10、橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，其振幅隨深度增加而迅速介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，其振幅隨深度增加而迅速衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑ニp的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑コ暡ǖ膫鞑ニ俣扰c介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。以水超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。以水為例，當(dāng)蒸餾水溫度在為例，當(dāng)蒸餾水溫度在074時(shí)，聲速隨溫度的升高時(shí)，聲速隨溫度的升高而增加，在而增加，在74時(shí)達(dá)到最大值，大于時(shí)達(dá)到最大值，大于74后，聲速隨后，聲速隨溫度的增加而減小。此外，水質(zhì)、壓強(qiáng)等也會(huì)引起聲速溫度的增加而減小。此外，水質(zhì)、壓強(qiáng)等也會(huì)引起聲速的變化。的變化。在固體中，縱波、橫波及表面波三者的聲速間有一定在固體中，縱波、橫波

11、及表面波三者的聲速間有一定的關(guān)系：通?？烧J(rèn)為的關(guān)系：通?？烧J(rèn)為。氣體中縱波聲速為。氣體中縱波聲速為344m/s，液，液體中縱波聲速為體中縱波聲速為9001900m/s。聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩個(gè)介聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射，另一部分透射過(guò)界質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射，另一部分透射過(guò)界面，在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱(chēng)面，在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱(chēng)為聲波的反射和折射。如圖為聲波的反射和折射。如圖7-4所示。所示。21sinsincc （7-2）當(dāng)聲波以某一角度入射到第二介質(zhì)（固體）的界當(dāng)聲波以某一角度入射到第

12、二介質(zhì)（固體）的界面上時(shí)，除有縱波的反射、折射以外，還會(huì)發(fā)生橫波面上時(shí)，除有縱波的反射、折射以外，還會(huì)發(fā)生橫波的反射和折射，如圖的反射和折射，如圖7-5所示。所示。sinsinsinsinsin222111SLSLLccccc （7-3）0 xxPPe20 xxII e （7-4）（7-5）超聲波檢測(cè)中，首先要把超聲波發(fā)射出去，然后再超聲波檢測(cè)中，首先要把超聲波發(fā)射出去，然后再把超聲波接收回來(lái)，變換成電信號(hào)，完成這一工作的把超聲波接收回來(lái)，變換成電信號(hào)，完成這一工作的裝置就是裝置就是，也稱(chēng)為超聲波換能器或超聲，也稱(chēng)為超聲波換能器或超聲波探頭。波探頭。超聲波探頭按其作用原理可分為超聲波探頭按其作

13、用原理可分為等，其中以等，其中以最為常用。最為常用。超聲波探頭超聲波探頭1 圖圖7-6為壓電式探頭結(jié)構(gòu)圖，它主要由壓為壓電式探頭結(jié)構(gòu)圖，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、引線電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、引線等組成。等組成。穿透法探傷穿透法探傷反射法（脈沖回波法）探傷反射法（脈沖回波法）探傷根據(jù)超聲波穿透工件后，能量的變化狀況來(lái)判斷工根據(jù)超聲波穿透工件后，能量的變化狀況來(lái)判斷工件內(nèi)部質(zhì)量的方法件內(nèi)部質(zhì)量的方法。根據(jù)聲波在工件中反射的情況不同而探測(cè)工件內(nèi)部根據(jù)聲波在工件中反射的情況不同而探測(cè)工件內(nèi)部的情形的情形。7.1 紅外傳感器7.2 超聲波傳感器7.3 光纖傳感器7.4 傳感新

14、技術(shù)簡(jiǎn)介 光纖傳感器可應(yīng)用于位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、光纖傳感器可應(yīng)用于位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、磁場(chǎng)、電壓、濕度、溫度、聲場(chǎng)、流量、濃磁場(chǎng)、電壓、濕度、溫度、聲場(chǎng)、流量、濃度、度、pH值等值等70多個(gè)物理量的測(cè)量，且具有十多個(gè)物理量的測(cè)量，且具有十分廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。分廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。7.3.1 光纖傳感器基礎(chǔ)光纖傳感器基礎(chǔ)7.3.2 光纖傳感器光纖傳感器 如圖如圖7-8所示。中心的圓柱體叫纖芯，圍繞著纖所示。中心的圓柱體叫纖芯，圍繞著纖芯的圓形外層叫包層。纖芯和包層通常由不同摻雜的芯的圓形外層叫包層。纖芯和包層通

15、常由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率石英玻璃制成。纖芯的折射率n1大于包層的折射率大于包層的折射率n2，光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)。在包層外光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)。在包層外面還常有一層保護(hù)套以增加機(jī)械強(qiáng)度。面還常有一層保護(hù)套以增加機(jī)械強(qiáng)度。設(shè)有一段光纖，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面，設(shè)有一段光纖，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面，如圖如圖7-9所示。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與光纖軸線成所示。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與光纖軸線成 i角時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后，又以角時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后，又以 i角入射至角入射至纖芯與包層的界面，這時(shí)光線有一部分透射到包層，纖芯與包層的界面

16、，這時(shí)光線有一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。一部分反射回纖芯。01sinsininn12sinsininn(7-6)(7-7)21sincnn(7-8)221201arcsin()icnnn(7-11)階躍型和梯度型光纖階躍型和梯度型光纖多模光纖和單模光纖多模光纖和單模光纖階躍型光纖：纖芯的折射率分布均勻，不隨半徑而變化；階躍型光纖：纖芯的折射率分布均勻，不隨半徑而變化；梯度型光纖：纖芯的折射率沿徑向由中心向外呈拋物線由梯度型光纖：纖芯的折射率沿徑向由中心向外呈拋物線由大漸小，至界面處與包層折射率一致。大漸小，至界面處與包層折射率一致。通常纖芯通常纖芯時(shí)，能傳播幾百個(gè)以上的模，而時(shí)，能傳播

17、幾百個(gè)以上的模，而時(shí)，只能傳播一個(gè)模。前者稱(chēng)為時(shí)，只能傳播一個(gè)模。前者稱(chēng)為，后者稱(chēng)為，后者稱(chēng)為。光纖傳感器一般可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是光纖傳感器一般可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是(Function Fiber Optic Sensor)，又稱(chēng)，又稱(chēng)FF型光纖傳感器；另型光纖傳感器；另一類(lèi)是一類(lèi)是(Non-Function Fiber Optic Sensor)，又又NF型光纖傳感器。型光纖傳感器。，把光纖作為敏感元件；，把光纖作為敏感元件；，光纖僅作為光的傳輸介，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)，用以傳輸來(lái)自遠(yuǎn)處或難以接近場(chǎng)所的光信號(hào)，因此，也稱(chēng)質(zhì)，用以傳輸來(lái)自遠(yuǎn)處或難以接近場(chǎng)所的光信號(hào)，因此，也稱(chēng)傳光型光纖傳感器。

18、傳光型光纖傳感器。光纖傳感器的分類(lèi)光纖傳感器的分類(lèi)光纖角速度傳感器，又名光纖陀螺，光纖角速度傳感器，又名光纖陀螺，它是一種由單模光纖做光通路的薩它是一種由單模光纖做光通路的薩格奈克（格奈克（Sagnac）干涉儀。）干涉儀。該干涉儀由光源、分束板、反射鏡該干涉儀由光源、分束板、反射鏡和光纖環(huán)組成。光在和光纖環(huán)組成。光在A點(diǎn)入射，并點(diǎn)入射，并被分束板分成等強(qiáng)的兩束。反射光被分束板分成等強(qiáng)的兩束。反射光a進(jìn)入光纖環(huán)沿著圓形環(huán)路逆時(shí)針?lè)竭M(jìn)入光纖環(huán)沿著圓形環(huán)路逆時(shí)針?lè)较騻鞑ァＭ干涔庀騻鞑?。透射光b被反射鏡反射回來(lái)被反射鏡反射回來(lái)后又被分束板反射，進(jìn)入光纖環(huán)沿后又被分束板反射，進(jìn)入光纖環(huán)沿著圓形環(huán)路順時(shí)針

19、方向傳播。這兩著圓形環(huán)路順時(shí)針?lè)较騻鞑?。這兩束光繞行一周后，又在分束板處匯束光繞行一周后，又在分束板處匯合。合。24 RlLc（7-23）7.1 紅外傳感器7.2 超聲波傳感器7.3 光纖傳感器7.4 傳感新技術(shù)簡(jiǎn)介微波是介于紅外與無(wú)線電波之間的電磁輻射，具有微波是介于紅外與無(wú)線電波之間的電磁輻射，具有電磁波的性質(zhì)?；谖⒉ǘl(fā)展起來(lái)的微波傳感器是電磁波的性質(zhì)?；谖⒉ǘl(fā)展起來(lái)的微波傳感器是繼超聲波、激光、紅外等傳感器之后的一種非接觸式繼超聲波、激光、紅外等傳感器之后的一種非接觸式傳感器。它不僅用于無(wú)線通訊，而且在雷達(dá)、導(dǎo)彈、傳感器。它不僅用于無(wú)線通訊，而且在雷達(dá)、導(dǎo)彈、遙感等方面也有著重要

20、的應(yīng)用。遙感等方面也有著重要的應(yīng)用。微波是波長(zhǎng)為微波是波長(zhǎng)為1m1mm的電磁波?？梢约?xì)分為三的電磁波?？梢约?xì)分為三個(gè)波段：個(gè)波段：。微波。微波。微波的特點(diǎn)微波的特點(diǎn)反射式微波傳感器反射式微波傳感器遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器反射式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的反射式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的微波功率或經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)被測(cè)物的位置、微波功率或經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)被測(cè)物的位置、厚度等參數(shù)。厚度等參數(shù)。遮斷式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)接收天線接收到的遮斷式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)接收天線接收到的微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物

21、或被測(cè)物的位置、厚度與含水量等參數(shù)。無(wú)被測(cè)物或被測(cè)物的位置、厚度與含水量等參數(shù)。微波測(cè)厚儀是利用微波在傳播過(guò)程中遇到被測(cè)物體金屬表面被微波測(cè)厚儀是利用微波在傳播過(guò)程中遇到被測(cè)物體金屬表面被反射，且反射波的波長(zhǎng)與速度都不變的特性進(jìn)行厚度測(cè)量的。反射，且反射波的波長(zhǎng)與速度都不變的特性進(jìn)行厚度測(cè)量的。如圖如圖7-11所示，在被測(cè)金屬物體上下兩表面各安裝一個(gè)終端器。所示，在被測(cè)金屬物體上下兩表面各安裝一個(gè)終端器。被測(cè)物體的厚度與微波傳輸過(guò)程中的行程長(zhǎng)度有密切關(guān)系，當(dāng)被被測(cè)物體的厚度與微波傳輸過(guò)程中的行程長(zhǎng)度有密切關(guān)系，當(dāng)被測(cè)物體厚度增加時(shí)，微波傳輸?shù)男谐涕L(zhǎng)度便減小測(cè)物體厚度增加時(shí)，微波傳輸?shù)男谐涕L(zhǎng)度便

22、減小。一般情況，微波傳輸過(guò)程的行程長(zhǎng)度的變化一般情況，微波傳輸過(guò)程的行程長(zhǎng)度的變化非常微小。為了精確地測(cè)量出這一微小變化，通非常微小。為了精確地測(cè)量出這一微小變化，通常采用微波自動(dòng)平衡電橋法。若測(cè)量臂與參考臂常采用微波自動(dòng)平衡電橋法。若測(cè)量臂與參考臂行程完全相同，則反相疊加的微波經(jīng)檢波器行程完全相同，則反相疊加的微波經(jīng)檢波器C檢檢波后，輸出為零；若兩臂行程長(zhǎng)度不同，則兩路波后，輸出為零；若兩臂行程長(zhǎng)度不同，則兩路微波因相位角不同，經(jīng)疊加后不能相互抵消，經(jīng)微波因相位角不同，經(jīng)疊加后不能相互抵消，經(jīng)檢波器檢波后便有不平衡信號(hào)輸出。檢波器檢波后便有不平衡信號(hào)輸出。()()BAABASLLLLLhh(

23、7-24)核輻射傳感器是核輻射檢測(cè)儀表的重要組核輻射傳感器是核輻射檢測(cè)儀表的重要組成部分，它是利用放射性同位素在蛻變成另成部分，它是利用放射性同位素在蛻變成另一元素時(shí)發(fā)出射線這一特性來(lái)進(jìn)行相關(guān)物理一元素時(shí)發(fā)出射線這一特性來(lái)進(jìn)行相關(guān)物理量的檢測(cè)。量的檢測(cè)。，如線位移、角位移、轉(zhuǎn)速、液，如線位移、角位移、轉(zhuǎn)速、液位、材料的成分、厚度以及覆蓋層厚度等的位、材料的成分、厚度以及覆蓋層厚度等的檢測(cè)，核輻射檢測(cè)具有檢測(cè)，核輻射檢測(cè)具有等等優(yōu)點(diǎn)，特別在無(wú)損探傷等方面具有重要的應(yīng)優(yōu)點(diǎn)，特別在無(wú)損探傷等方面具有重要的應(yīng)用。用。生物傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)做成的、用生物傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)做成的、

24、用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分及其變化的傳感器。以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分及其變化的傳感器。生物或生物物質(zhì)主要指生物或生物物質(zhì)主要指等。等。生物傳感器由生物敏感膜和變換器構(gòu)成，被測(cè)物質(zhì)生物傳感器由生物敏感膜和變換器構(gòu)成，被測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物敏感膜層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物敏感膜層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)（物理、化學(xué)變化），產(chǎn)生物理、化學(xué)現(xiàn)象物學(xué)反應(yīng)（物理、化學(xué)變化），產(chǎn)生物理、化學(xué)現(xiàn)象或產(chǎn)生新的化學(xué)物質(zhì)，利用相應(yīng)的變換器將其轉(zhuǎn)換成或產(chǎn)生新的化學(xué)物質(zhì)，利用相應(yīng)的變換器將其轉(zhuǎn)換成量化的、可傳輸和處理的電信號(hào)。量化的、可傳輸和處理的電信號(hào)。按所用生物活性物質(zhì)的不同，可以

25、將生物傳感器分按所用生物活性物質(zhì)的不同，可以將生物傳感器分為五大類(lèi)，即：為五大類(lèi)，即：和和。依據(jù)所用變換器器件的不同，可將生物傳感器分為：依據(jù)所用變換器器件的不同，可將生物傳感器分為：和和。使用生物材料作生物敏感膜，必須研究如何使生物活性材料使用生物材料作生物敏感膜，必須研究如何使生物活性材料固定在載體（或稱(chēng)基質(zhì)）上，這種結(jié)合技術(shù)稱(chēng)為固定化技術(shù)。固定在載體（或稱(chēng)基質(zhì)）上，這種結(jié)合技術(shù)稱(chēng)為固定化技術(shù)。在研制傳感器時(shí)，關(guān)鍵是把生物活性材料與載體固定化成為生在研制傳感器時(shí)，關(guān)鍵是把生物活性材料與載體固定化成為生物敏感膜。物敏感膜。常用的載體有三大類(lèi)：（常用的載體有三大類(lèi)：（1）丙烯酰胺系聚合物、甲基

26、丙烯系）丙烯酰胺系聚合物、甲基丙烯系聚合物等合成高分子；（聚合物等合成高分子；（2）膠原、右旋糖酐、纖維素、淀粉等）膠原、右旋糖酐、纖維素、淀粉等天然高分子；（天然高分子；（3）陶瓷、不銹鋼、玻璃等無(wú)機(jī)物。）陶瓷、不銹鋼、玻璃等無(wú)機(jī)物。將生物活性材料封閉在雙層濾膜之間，形象地稱(chēng)為夾心法。此方法操作簡(jiǎn)單，不需要任何化學(xué)處理，固定生物量大，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。夾心法夾心法共價(jià)連接法共價(jià)連接法交聯(lián)法交聯(lián)法吸附法吸附法包埋法包埋法用非水溶性固相載體物理吸附或離子結(jié)合，使蛋白質(zhì)分子固定化的方法。載體種類(lèi)較多，如活性炭、硅膠、玻璃、纖維素、離子交換體等。夾心法夾心法共價(jià)連接法共價(jià)連接法交聯(lián)法交聯(lián)法吸附法

27、吸附法包埋法包埋法把生物活性材料包埋并固定在高分子聚合物三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基質(zhì)中。此方法一般不產(chǎn)生化學(xué)修飾，對(duì)生物分子活性影響較小。缺點(diǎn)是分子量大的底物在凝膠網(wǎng)格內(nèi)擴(kuò)散較困難。夾心法夾心法共價(jià)連接法共價(jià)連接法交聯(lián)法交聯(lián)法吸附法吸附法包埋法包埋法使生物活性分子通過(guò)共價(jià)鍵與固相載體結(jié)合的方法。此方法結(jié)合牢固，生物活性分子不易脫落，載體不易被生物降解，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是固定化麻煩，酶活性可能因發(fā)生化學(xué)修飾而降低。夾心法夾心法共價(jià)連接法共價(jià)連接法交聯(lián)法交聯(lián)法吸附法吸附法包埋法包埋法依靠雙功能團(tuán)試劑使蛋白質(zhì)結(jié)合到惰性載體或蛋白質(zhì)分子彼此交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種方法廣泛用于酶膜和免疫分子膜制作，操作簡(jiǎn)單，結(jié)合牢

28、固。夾心法夾心法共價(jià)連接法共價(jià)連接法交聯(lián)法交聯(lián)法吸附法吸附法包埋法包埋法酶?jìng)鞲衅魇怯擅该舾心ず突瘜W(xué)器件構(gòu)成的，利用酶的特性可以制造出高靈敏度、選擇性好的傳感器。葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞯拿舾心槠咸烟茄趸?，它固定在聚乙烯酰胺凝膠上，其電化學(xué)器件為陽(yáng)電極Pt和陰電極Pb，中間溶液為強(qiáng)堿溶液，并在陽(yáng)電極表面覆蓋一層透氧氣的聚四氟乙烯膜，形成封閉式氧電極。當(dāng)測(cè)量時(shí)，葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞑迦氲奖粶y(cè)葡萄糖溶當(dāng)測(cè)量時(shí)，葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞑迦氲奖粶y(cè)葡萄糖溶液中，由于酶的催化作用而產(chǎn)生耗氧（過(guò)氧化氫液中，由于酶的催化作用而產(chǎn)生耗氧（過(guò)氧化氫H2O2），通過(guò)選擇性透氣膜，），通過(guò)選擇性透氣膜，H2O2在在Pt電極上氧化，電極上氧化，產(chǎn)生陽(yáng)極電流。該陽(yáng)極電流與葡萄糖含量成正比，由產(chǎn)生陽(yáng)極電流。該陽(yáng)極電流與葡萄糖含量成正比，由此便可以測(cè)量出葡萄糖溶液的濃度。此便可以測(cè)量出葡萄糖溶液的濃度。