Sugárzás mérés. PTE Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN

PTE Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Kar

DR. GYURCSEK ISTVÁN

Sugárzás mérés Forrás és irodalom: Lambert Miklós: Szenzorok – elmélet (ISBN 978-963-874001-1-3) Bp. 2009

1

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Sugárzás érzékelők (rad,el,x) – ÉRINTÉSMENTES MÉRÉS

1905 - .  Roncsolás mentes mérési módszerek  Vezeték nélküli ICT technológiák  IR technológiák  Fénymérés, elektrooptika  Hőmérsékletmérés (érintésmentes)  Nukleáris méréstechnika

2

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Szenzorok csoportosítása

(THERM,EL,X)

(RAD,EL,X)

(MECH,EL,X)

(MAG,EL,X)

(CHEM,EL,X)

Fém ellenálás

Fényméréses

Erő, nyomaték nyomás

Magnetorezisztív

Elektrokémiai

Félvezető NTC,PTC,pn

Rádióhullámú

Helyzet érz. (útadó)

Galvanomágneses

Páratartalom érzékelős

Termoelem

IR érzékelős

Áramlásézékelős

Ionszelektív

Termokapcsoló

Kvantum detektoros

Sebességérzékelős

Gázérzékelős

Gyorsulásérzékelős Akusztikushullám érz. 3

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Fénysugárzás-érzékelők (rad,el,x)

4

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Sugárzás érzékelő szenzorok (rad,el,x)  Egy hullámhosszú fény a gyakorlatban nem nagyon…  Monokróm fény  keskeny sáv  Szenzorok szélessávúak  szűrőzés! Érzékelők csoportosítása  Fotokonduktív szenzorok (fotoellenállás, …)  Fényelektromos szenzorok (fotoelem, ...)  PSD (Position Sensing Detector)  PIN dióda

5

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Fotokonduktív érzékelők Hátrány  Nagy parazita kapacitás (… nF)  nagy tehetetlenség  Átmeneti függvénye… „integráló tag”

Elterjedtebb szenzorok  Szelén (fényelem!!!) - Lassú, öregszik - Elavult  CdS - legelterjedtebb  PbS – gyors, ipari „infra” 6

2015.04.14..

Fotoellenállások spektrális érzékenysége SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Foto-elektromos érzékelők - Fotocella  Kis kilépési munkájú fém (Cz)  beeső fény elektronokat szakít le  Előfeszítéssel (~100V) áram indulhat

Statikus karakterisztika

Hátránya  Nagy, törékeny búra  Kis érzékenység, erősíteni kell  >100V anódfeszültség „nehezen…” 7

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Foto-elektromos érzékelők - Fényelemek Szelén és szilícium fotoelemek felépítése

Kisfrekvenciás helyettesítő kép

8

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Foto-elektromos érzékelők - Fényelemek Fényelemek spektrális érzékenysége az emberi szemmel és izzólámpával összehasonlítva

9

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Foto-elektromos érzékelők – Fotodiódák, fototranzisztorok Fototranzisztor és planárdiffúziós fotodióda elve

10

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Optocsatolók

11

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Színmérés - Alapfogalmak Szinhőmérséklet-mérés alapelve (példa)

12

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Színmérés S-csap Pálcika M-csap L-csap

Pálcika nagyon érzékeny, de éles látás helyén nincsen.. 13

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Képbontó eszközök – CCD, CMOS, JFET

Műküdésük szerint  Pontszkennerek  Vonalszkennerek  Területszkennerek

14

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Rádióhullámú érzékelők (antennák)

Antenna  fém v. egyéb mágnesezhető anyag (ferrit)  erővonal koncentrátor (opcionális)  aktív elem de fejerősítővelMiller-index: „el” Csoportosítás  LW, MW, SW (AM) - műsorszórásra  Negyedhullámú illesztés  Ferrit „koncentrátor” irányfüggő!  URH (FM) – műsorszórás mellett ipari alkalm.  Negyedhullámú illesztés („hajtogatva” is)  Mikrohullámú antenna  nagy nyereségű fej+szekunder sugárzó (parabola)  ürgerezonátor+tölcséres „LC-kör” illesztés a fejhez  készülék specifikus elosztott param. tervezés  WiFi, BlueTooth, GSM, UMTS, LTE, „gerinc”, „mikro” 15

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

IR szenzorok Termikus sugárzás-érzékelésre bármelyik hőmérséklet szenzor alkalmassá tehető kiegészítő abszorbeáló elemekkel. Megvalósítások  Bolométer: fémréteg ellenállás  „t”=0  a(UV ... IR) = konstans Ideális abszorbens  t=0, r=0, a=1  korom  matt fekete festék  fémréteg, …

 Termoelem

CÉL  nagy „a” / kis CV 16

2015.04.14..

Alkalmazások  Mozgásérzékelők  Hőtérkép (diagn) …

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Kvantumdetektorok  Kvantumsugárzás (def) – 𝞪, 𝞫, 𝞬, x, kozmikus sugárzás  𝞪: részecske (proton, neutron) sugárzás  𝞫: elektron sugárzás vákumban (árammérés…  )  𝞬: foton (el.mágn.) sugárzás  Kvantumdetektorok  Ionizációs detektor (GM-számlálö)  Közvetett sugárzás-detektor  Közvetlen sugárzás-detektor

17

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Ionizációs kvantumdetektorok Ionizációs kamra: becsapódó részecskék ionizálják a gázt  elektromos áram

Spec. eset: GM-cső (impulzus számláló)  Nagyon érzékeny  egyetlen részecske is impulzust generál 18

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Közvetett és közvetlen kvantumdetektorok Közvetett („hagyományos”) kettős energiaátalakítós SZCINTILLÁCIÓS DETEKTOR  Spec közegben atomi ütközések  rövid felvillanások (szcintillációk)  Detektor elemei: (1) szcintillációs anyag, (2) fényérzékelő  Felhasználása: (1) röntgen detektor, (2) kozmikus sugárdetektor  Szcintillátor : NaJ X-ray, BGO (Bizmut germanát: Bi4Ge3O12) kozmikus sugárzás

Közvetlen („új típusú”) kvantumdetektor  Új félvezetők  „felzárkózás” fázisában  Tiszta (intrinsic) Si  Tiszta Ge (HPGe=high purity Ge)  Hátrány. Nagy sötétáram  hűteni kell: -50…-80oC Példa Se-SSD (Solid State Detector) alapú röntgendetektor felépítése

19

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Kérdések

? 20

2015.04.14..

SUGÁRZÁS MÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN