- •Раздел 1 Классификация датчиков и их характеристики Тема 1. Классификация датчиков и передаточные функции
- •Передаточная функция
- •Тема 2. Статические и динамические характеристики
- •2.1. Диапазон измеряемых значений (максимальный входной сигнал)
- •2.2. Диапазон выходных значений
- •2.3. Точность
- •2.4. Калибровка
- •2.5. Ошибка калибровки
- •2.6. Гистерезис
- •2.7. Нелинейность
- •2.8. Насыщение
- •2.9. Воспроизводимость
- •2.10. Мертвая зона
- •2.11.Разрешающая способность
- •2.12. Специальные характеристики
- •2.13. Выходной импеданс
- •2.14. Сигнал возбуждения
- •2.15. Динамические характеристики
- •2.16. Факторы окружающей среды
- •2.18. Надежность
- •3 Физические принципы работыДатчиков
- •3.1. Электрические заряды, поля и потенциалы
- •3.2. Емкость
- •3.2.1 Конденсатор
- •3.2.2. Диэлектрическая проницаемость
- •3 Физические принципы датчиков
- •3.1. Магнетизм
- •3.2 Закон Фарадея
- •3.3 Соленоид
- •3.4. Магнетизм
- •3.5 Тороид
- •3.6 Постоянные магниты
- •3.7. Индукция
- •3.8. Сопротивление
- •3.9 Удельное сопротивление
- •3.10 Температурная чувствительность
- •3.11 Тензочувствительность
- •3.6. Пьезоэлектрический эффект
- •3.7 Пьезоэлектрические пленки
- •3.8. Пироэлектрический эффект
- •3.9 Эффект Холла
- •3.10 Эффекты Зеебека и Пельтье
- •3.11. Звуковые волны
- •3.12.1 Температурные шкалы
- •3.11.2 Тепловое расширение
- •3.11.3 Теплоемкость
- •3.12. Теплопередача
- •3.12.1 Теплопроводность
- •3.12.2 Тепловая конвекция
- •3.12.3 Тепловое излучение
- •3.12.3.1 Излучающая способность
- •3.13 Световое излучение
- •4 Преобразователи светового излучения: конструкции,классификация, свойства
- •4.1 Принцип действия и основные типы преобразователей
- •4.2 Преобразователи оптического изображения: конструкция, принцип работы
- •4.3 Преобразователь оптических изображений в электрические сигналы
- •4.4 Физические принципы работы пзс-матрицы
- •5 Объемные извещатели
- •5.1 Общие положения
- •5.2 Пассивные оптико-электронные извещатели
- •5.3 Зеркальная система.
- •5.4 Линза Френеля.
- •6 Комбинированные извещатели
- •7 Индуктивные преобрпазователи: их конструкция и схемы включения
- •7.1 Принцип действия и конструкция
- •7.2 Схемы включения
- •7.3 Цифроаналоговые преобразователи
- •7.4 Цап с токозадающими резисторами.
- •7.5 Цап с матрицей r-2r
- •8 Контактные датчики, конструкции, схемы включения в системы безопасности.
- •8.1 Характеристики герконов
- •9 Магнитоупругие преобразователи
- •9.1 Принцип действия и конструкция
- •9.2 Электронная система защиты для периметральных оград и зданий гардвайр – серия gw400
- •9.2.1 Назначение
- •9.2.3 Микрофонный кабель
- •9.3 Зонные анализаторы Гардвайр
- •9.6 Извещатель охранный трибоэлетрический багульник
- •9.7 Устройство и принцип действия гюрза-035
- •9.8 Радиоволновое средство обнаружения газон
3.12.3.1 Излучающая способность
Излучающая способность среды является функцией ее диэлектрической проницаемости и, следовательно, коэффициента преломления п. Максимальная излучающая способность равна 1. Она соответствует, так называемому, черному телу — идеальному источнику электромагнитных излучений. Причиной такого названия является внешний вид объектов при нормальной комнатной температуре. Если тело является непрозрачным (γ=0) и ничего не отражает (ρ = 0), то согласно уравнению (3.134) оно представляет собой идеальный источник и поглотитель электромагнитных излучений (поскольку α = ε). Однако следует отметить, что излучающая способность объекта, как правило, зависит от длины волны излучений (рис. 3.44). Например, белый листок бумаги в видимом диапазоне спектра обладает очень хорошей отражающей способностью и почти не излучает видимого света. Однако в дальнем ИК диапазоне его отражающая способность значительно уменьшается, а излучающая способность наоборот возрастает до 0.92, что делает белую бумагу хорошим источником ИК излучений. Полиэтилен, широко используемый для изготовления линз дальнего ИК диапазона, сильно поглощает (излучает) волны очень узкого диапазона: в окрестностях длин волн, равных 3.5, 6.8 и 13 мкм, а в других областях спектра он является прозрачным (неизлучающим) материалом.
Для неполяризованного света дальнего ИК диапазона, направленного перпендикулярно поверхности, можно записать следующее выражение для коэффициента излучения:
(3.139)
Все неметаллические материалы являются очень хорошими источниками диффузионного теплового излучения, обладающими практически постоянной излучающей способностью в пределах телесного угла ±70°, определяемой уравнением (3.139). За границами этого угла вплоть до 90° коэффициент излучения стремительно падает. В окрестности 90° он равен практически 0. На рис. 3.45А показана типичная для неметаллических материалов диаграмма направленности излучений в воздухе. Следует подчеркнуть, что все вышесказанное справедливо только для длин волн дальнего ИК диапазона спектра, и совсем несправедливо для волн видимого света.
Рис. 3.45. Диаграммы направленности излучений для неметаллических материалов (А) и полированных металлов (Б)
Металлы ведут себя совсем по-другому. Их излучающая способность сильно зависит от способа обработки поверхности. Как правило, хорошо отшлифованные металлы плохо излучают в пределах телесного угла ±70°, а при больших углах их излучающая способность значительно возрастает (рис. 3.45Б). Это означает, что даже очень хорошие зеркала плохо отражают при углах в окрестности 90° от нормали. В Приложении приведены типичные значения коэффициентов излучения некоторых материалов для температур в диапазоне О...ЮО°С.
В отличие от большинства твердых тел газы во многих случаях являются прозрачными для теплового излучения. Они поглощают и испускают излучения только определенного узкого спектрального диапазона. Некоторые газы, такие как 02, N2 и другие, состоящие из симметричных неполярных молекулярных структур, пропускают электромагнитные волны только при низких температурах, тогда как С02, Н20 и углеводородные газы излучают и поглощают волны в более широком диапазоне. При попадании ИК света в слой газа его поглощающая способность падает по экспоненте, подчиняясь закону Ламберта-Бера:
(3.140)
где Ф0 — падающий тепловой поток, Фх — поток на глубине х, а αλ — спектральный коэффициент поглощения. Это отношение также называется монохроматическим коэффициентом пропускания (проницаемостью) γλ определенной длины волны λ . Если отражающая способность газа равна нулю, его коэффициент излучения определяется в виде:
(3.141)
Следует подчеркнуть, что поскольку газы поглощают излучения только в узком спектральном диапазоне, коэффициенты излучения и пропускания соответствуют конкретным длинам волн. Например, водяной пар имеет высокий коэффициент поглощения на длинах волн 1.4, 1.8 и 2.7 мкм и является практически прозрачным на длинах волн 1.6, 2.2 и 4 мкм.