Sugárzásmérés DR. GYURCSEK ISTVÁN

DR. GYURCSEK ISTVÁN

Sugárzásmérés Forrás és irodalom  Lambert Miklós: Szenzorok – elmélet (ISBN 978-963-874001-1-3) Bp. 2009  Jacob Fraden: Handbook of Modern Sensors (ISBN 978-1-4419-6465-6) Springer NY. 2010

1

[email protected]

2017.02.26.

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

1905 - .

FIZIKA… [anyagi tulajd.]

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

[kvantumfizika]

[sugárzási tulajd.]

2

[email protected]

2017.02.26.

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

[email protected]

2017.02.26.

Hol tartunk?

Látható fény mérése Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika Nukleáris méréstechnika

4

[email protected]

2017.02.26.

Fénysugárzás-érzékelők (rad,el,x)

𝜆=

5

[email protected]

𝑐 𝜈

2017.02.26.

Sugárzás érzékelő szenzorok (rad,el,x)  Egyetlen hullámhossz a gyakorlatban nem nagyon…  Monokróm fény  keskeny sáv  Szenzorok szélessávúak  szűrőzés! Érzékelők csoportosítása (1) Fotokonduktív szenzorok (fotoellenállás, …) (2) Fényelektromos szenzorok (fotoelem, ...) (3) PSD (Position Sensing Detector)  PIN dióda

6

[email protected]

2017.02.26.

(1) 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” 7

Fotoellenállások spektrális érzékenysége [email protected]

2017.02.26.

(2) 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…” 8

[email protected]

2017.02.26.

(2) Foto-elektromos érzékelők - Fényelemek Szelén és szilícium fotoelemek felépítése

Kisfrekvenciás helyettesítő kép

9

[email protected]

2017.02.26.

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

10

[email protected]

2017.02.26.

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

11

[email protected]

2017.02.26.

(3) Optocsatolók

12

[email protected]

2017.02.26.

Színmérés - Alapfogalmak Szinhőmérséklet-mérés alapelve (példa)

13

[email protected]

2017.02.26.

Színmérés S-csap Pálcika M-csap L-csap

Pálcika nagyon érzékeny, de éles látás helyén nincsen.. 14

[email protected]

2017.02.26.

Képbontó eszközök – CCD, CMOS, JFET

Műküdésük szerint  Pontszkennerek  Vonalszkennerek  Területszkennerek

15

[email protected]

2017.02.26.

Hol tartunk?

Látható fény mérése Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika Nukleáris méréstechnika

16

[email protected]

2017.02.26.

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)  üregrezonátor+tölcséres „LC-kör” illesztés a fejhez  készülék specifikus elosztott param. tervezés  WiFi, BlueTooth, GSM, UMTS, LTE, „gerinc”, „mikro” 17

[email protected]

2017.02.26.

Hol tartunk?

Látható fény mérése Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika Nukleáris méréstechnika

18

[email protected]

2017.02.26.

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 19

Alkalmazások  Mozgásérzékelők  Hőtérkép (diagn) …

[email protected]

2017.02.26.

Hol tartunk?

Látható fény mérése Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika Nukleáris méréstechnika

20

[email protected]

2017.02.26.

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 (1) Ionizációs detektor (GM-számlálö) (2) Közvetett sugárzás-detektor (3) Közvetlen sugárzás-detektor

21

[email protected]

2017.02.26.

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

Spec. eset: GM-cső (impulzus számláló)  Nagyon érzékeny  egyetlen részecske is impulzust generál 22

[email protected]

2017.02.26.

(2) Közvetett és (3) közvetlen kvantumdetektorok (2) 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 (3) 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

23

[email protected]

2017.02.26.

Összefoglaló

?

Látható fény mérése Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika

Nukleáris méréstechnika

24

[email protected]

2017.02.26.