Sugárzásmérés. PTE Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN

PTE Műszaki és Informatikai Kar

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

2016.04.11..

SUGÁRZÁSMÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

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

FIZIKA…

1905 - .

[anyagi tulajd.] [kvantumfizika] [sugárzási tulajd.]

2

2016.04.11..

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


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

2016.04.11..


Hol tartunk?

Látható fény mérése

Rádióhullámú mérések Infravörös méréstechnika Nukleáris méréstechnika

4

2016.04.11..


Fénysugárzás-érzékelők (rad,el,x)

𝜆=

5

2016.04.11..

𝑐 𝜈


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

2016.04.11..


(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

2016.04.11..

Fotoellenállások spektrális érzékenysége SUGÁRZÁSMÉRÉS – DR. GYURCSEK ISTVÁN

(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

2016.04.11..


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

Kisfrekvenciás helyettesítő kép

9

2016.04.11..


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

10

2016.04.11..


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

11

2016.04.11..


(3) Optocsatolók

12

2016.04.11..


Színmérés - Alapfogalmak Szinhőmérséklet-mérés alapelve (példa)

13

2016.04.11..


Színmérés S-csap Pálcika M-csap L-csap

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

2016.04.11..


Képbontó eszközök – CCD, CMOS, JFET

Műküdésük szerint  Pontszkennerek  Vonalszkennerek  Területszkennerek

15

2016.04.11..


Hol tartunk?



16

2016.04.11..


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

2016.04.11..


Hol tartunk?



18

2016.04.11..


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

2016.04.11..

Alkalmazások  Mozgásérzékelők  Hőtérkép (diagn) …


Hol tartunk?



20

2016.04.11..


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

2016.04.11..


(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

2016.04.11..


(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

2016.04.11..


Köszönöm a figyelmet!

? 24

2016.04.11..


Sugárzásmérés. PTE Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN

Recommend Documents