现代检测技术与系统胡向东电子课件第10章节.ppt

分类 根据传感器输出信号的产生方式，可分为亲和型生物传感器、代谢型生物传感器、催化型生物传感器 根据生物传感器中信号检测器（分子识别元件）上的敏感物质分类。可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞及细胞器传感器、DNA传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法 根据生物传感器的信号转换器分类。分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、热学型生物传感器、光学型生物传感器、声学型生物传感器等。 根据检测对象的多少，分为以单一化学物质为检测对象的单功能型生物传感器和同时检测微量多种化学物质的多功能型生物传感器。 根据生物传感器的用途可分为免疫传感器、药物传感器等 应用 酒精含水量测量仪框图 　　　微波多普勒传感器 微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达能动地将电波发射到对象物，并接受返回的反射波的能动型传感器。若对在距离发射天线为r的位置上以相对速度v运动的物体发射微波，则由于多卜勒效应，反射波的频率发生偏移，如下式所示： 式中fd是多卜勒频率 当物体靠近靶时, 多卜勒频率fd为正；远离靶时，fd为负。 输入接收机的反射波的电压可用下式表示： 　　因此，根据测量到的差拍信号频率，可测定相对速度。但是， 用此方法不能测定距离。为此考虑发射波长（频率）稍有不同的两个电波λ1和λ2，这两个波的反射波的多卜勒频率也稍有不同。 若测定这两个多卜勒输出信号成分的相位差为ΔΦ，则可求出距离r： 　　10.3.1 超声波工作原理 波动（简称波）：振动在弹性介质内的传播 声波：其频率在16~2×104 Hz之间，能为人耳所闻的机械波 次声波：低于16 Hz的机械波 超声波：高于2×104 Hz的机械波 声波的频率界限图 　超声波的波型 纵波-——质点振动方向与波的传播方向一致的 波，称为纵波。它能在固体、液体和气体中传播； 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波，称为横波。它只能在固体中传播； 表面波——质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波。表面波质点振动的轨迹是椭圆形（其长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向）。表面波只能沿着固体的表面传播。 超声波的传播速度 纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，其中气体中的声速为344m/s，液体中声速在900～1900m/s。 　　　在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系，通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90％。 超声波的反射和折射 　 超声波的反射和折射 超声波的衰减 声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系： 式中: 、 —— 声波在距声源x处的声压和声强； 、 —— 声波在声源处的声压和声强； —— 声波与声源间的距离； —— 衰减系数。 压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。 压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。 （“电致伸缩”） 压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。 通用型（几十kHz)　 高频型(100kHz) 压电式超声波传感器结构 磁致伸缩式超声波传感器 磁致伸缩式超声波传感器是利用铁磁材料的磁致伸缩效应原理来工作的。 磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。 磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。 超声波传感器的应用 脉冲回波法检测厚度工作原理 超声波测厚 超声波测物位 (d) (c) (b) (a) 几种超声波检测物位工作原理 超声波测流量 超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。 时差法测流量 相位差法测流量 频率差法测流量 　 超声波测流体流量工作原理 超声波探伤 穿透法探伤： 穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来