No.10 新型传感器.ppt

案例：输油管检测检测机器人 倒车雷达 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????? 鱼群探测器 ????????????????????????????????? 4. 声发射检测传感器 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射。各种材料声发射频率范围很宽，从次声、声频到超声。多数金属的声发射频带在超声范围内。 案例：材料断裂等结构监测 5. 生物传感器 生物传感器与其它传感器是检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同,生物传感器分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。应用于发酵工业(食品)、环境监测、医学 热/光 电量 微生物/酶等 敏感元件 血糖－乳酸测定流程 德国研发的环境废水BOD分析仪 手掌型葡萄糖(glucose)分析仪 工厂发酵车间化验 员正在分析样品 发酵工厂谷氨酸-葡萄糖分析 生物传感在线分析系统，为发酵自动控制提供了新的基础平台 发酵罐 主机 计算机 一种血糖乳酸自动分析仪 6. 激光传感器 激光技术是近代科学技术发展的重要成果之一，目前已被成功地应用于精密计量、军事、宇航、医学、生物、气象等各领域。 激光传感器虽然具有各种不同的类型，但它们都是将外来的能量(电能、热能、光能等)转化为一定波长的光，并以光的形式发射出来。激光传感器是由激光发生器、激光接收器及其相应的电路所组成的。 (1) 激光的本质 原子在得到外界能量后，由低能级向高能级跃迁的过程，叫做原子的激发。原子处于激发的时间是非常短的，处于激发状态的原子能够很快地跃迁到低能级上去，同时辐射出光子，如下图所示。 如下图所示，在一个入射光子影响下，会引起大量原子的受激辐射，它们所发射的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上都完全一样，这一过程也称为光放大，所以在受激发射时原子的发光过程不再是互不相关的，而是相互联系的。 光的放大和吸收过程往往是同时进行的，总的结果可以是加强或减弱，这取决于这一对矛盾中哪一方处于支配地位。 (2) 激光的形成 激光是媒质的粒子(原子或分子)受激辐射产生的，但它必须具备下述的条件才能得到。 a.粒子数反转 如下图所示，要实现光的放大，必须要使N1N2 。这种不平衡状态分布叫做粒子数反转。图a表示媒质中粒子能级的正常分布， 图b表示在外界激发 的条件下形成了粒子 数反转。 b.激光器的光振荡放大 如下图所示，当工作物质产生受激辐射时，受激辐射光在两反射镜之间作一定次数的往返反射，而每次返回时都经过建立了粒子数反转分布的工作物质，这样使受激辐射一次又一次地加强，这样几十次、几百次的往返，直至能获得单方向的强度非常集中的激光输出为止。 c.激光的输出 激光光束在激光器的共振腔内往返振荡放大，那么怎样输出呢?共振腔内反射镜起着反射光束并使其往返振荡的作用，从光放大角度看，反射率越高，光损失越小，放大效果越好。在实际设计中，将一侧反射镜设计得尽量使它对激光波长的反射率接近100%，而另一侧反射镜则稍低一些，比如98%以上。这样这一端的透镜将有激光穿透，这一端即为激光的输出端。 对于输出端透镜的反射率要适当选择，如果反射率太低，虽然透光能力强了，但对腔内光束损失太大，就会影响振荡器放大倍数，这样输出必然减弱。目前最佳反射率一般在给定激光条件下由实验来确定。 (3) 激光的特点 a. 高方向性 高方向性就是高平行度，即光束的发散角小。激光束的发散角已达到几分甚至可小到。所以通常称激光是平行光。 b.高亮度 激光在单位面积上集中的能量很高。一台较高水平的红宝石脉冲激光器亮度达比太阳的发光亮度高出很多倍。把这种高亮度的激光束会聚后能产生几百万摄氏度的高温。在这种高温下，就是最难熔的金属，在一瞬间也会熔化。 c.单色性好 单色光是指谱线宽度很窄的一段光波。用表示波长，表示谱线宽度，则越小，单色性越好。在普通光源中最好的单色光源是氪(Kr86)灯。它的波长是： d.高相干性 相干性就是指相干波在叠加区得到稳定的干