射线式传感器
医疗影像传感器原理及应用
医疗影像传感器原理及应用医疗影像传感器是医疗领域中的一种重要设备，它通过感受到的光信号将人体内部的结构图像化，为医生提供参考依据。
医疗影像传感器原理和应用非常广泛，本文将从原理、分类、应用等方面进行详细介绍。
一、医疗影像传感器原理医疗影像传感器的原理主要是依靠物理实验的结果，通过对X射线、CT扫描、MRI、超声波等辐射或波动的感受进行转换和处理，得出人体内部的影像。
1. X射线原理X射线是一种高能量的电磁辐射，它可以穿透物体，通过不同组织的吸收程度来形成X射线影像。
医疗影像传感器能够将X射线转换为电子信号，并通过电子信号来显示人体结构、器官或异常部位。
2. CT扫描原理CT扫描采用多层次射线源和传感器，通过对人体的横截面进行逐层扫描，得到一系列断层图像，再通过计算机进行重建和图像处理，得出人体的三维结构。
3. MRI原理MRI利用人体内部的原子核在磁场中的共振现象，通过改变磁场的强度和方向来感受信号，再通过计算机进行多次处理和分析，得出高清晰度的影像。
4. 超声波原理超声波是一种高频声波，通过超声波的产生和接收，利用声波在物体中的传播速度和回波信号的时间差来形成影像，可以显示出人体内部的结构和异常。
二、医疗影像传感器分类医疗影像传感器根据工作原理和应用场景的不同，可以分为以下几类：1. X射线传感器X射线传感器是最常见的医疗影像传感器，可分为直接成像和间接成像两种。
直接成像传感器是将X射线直接转换为电子信号，例如直接采用硅芯片，其中的光敏器件将X射线光子转换为电荷。
而间接成像传感器则是使用荧光材料将X射线转换为可见光，再通过光敏器件转换为电信号，例如采用闪烁体转换的间接成像传感器。
2. CT扫描传感器CT扫描传感器分为线传感器和面传感器两种。
线传感器是利用多排探测器形成的线状传感器，通过探测器的不同组合和位置来获取横截面影像。
面传感器则是利用多个探测器排列成二维矩阵进行扫描，可以获得更高精度和更快速度的影像。
9-波式传感器
J J 0e
9.3 核辐射传感器
2.核辐射
放射性同位索在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线， 这种现象称为“核辐射”。放出的射线有 、 、 三种射线。 通常用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称为放射性 强度。
I I 0 e t
9.3 核辐射传感器
9.3.2 组成及防护
3.微波湿度传感器 水分子是极性分子，在常态下形成偶极子杂乱无章地分布 着。当有外电场作用时，偶极子将形成定向排列。在微
波场作用下，偶极子不断地从电场中获得能量 ( 这是一
个储能的过程 ) ，表现为微波信号的相移；又不断地释 放能量(这是一个放能的过程)，表现为微波的衰减。
9.4 微波传感器
4.微波无损检测
第9章 波式和射线式传感器
9.1 红外传感器 9.2 超声波传感器
9.3 核辐射传感器
9.4 微波传感器
9.1 红外传感器
9.1.1 物理基础 红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为 红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在 0.75 ~ 1000m 红外光的最大特点是具有光热效应，能辐射热量，它是光谱中最大光热效 应区。红外辐射本质上是一种热辐射，自然界中的任何物体，只要其本身 温度高于绝对零度，就会向外部空间不断地辐射红外线。
9.4 微波传感器
2.组成
微波发生器(或称微波振荡器)、微波天线及微波检测器。 (1)微波发生器 由于微波波长很短、频率很高 300 MHz ~ 300GHz ，微波需要用波导管传输。 (2)微波天线 用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。 (3)微波检测器 用于探测微波信号的装置。较低频率下的半导体PN结元件、较高频率下的隧 道结元件
传感器课程名词解释及大题
1.传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置2.传感器组成：敏感元件、装换元件、基本转换电路三部分组成。
3.敏感元件：他是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，他把输入装换成电路参量。
5.基本转换电路：上诉电感变化量接入基本转换电路（简称转换电路）。
6.传感器的分类：①按传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等。
②按构成原理，传感器可分为结构型与物性型。
③根据传感器的能量转换情况，分为能量控制型和能量转换型。
④按照物理原理分类①电参量式传感器②磁电式传感器③压电式传感器④光电式传感器⑤气电式传感器⑥热电式传感器⑦波式传感器⑧射线式⑨半导体式传感器⑩其他原理的传感器。
7.传感器一般要求①可靠性②静态精度③动态性能④灵敏度⑤分辨力⑥量程⑦抗干扰能力⑧能耗⑨成本⑩对被测对象的影响等。
8.传感器的特性：主要指输入与输出的关系。
特性分为静特性与动特性。
9.静特性：表示传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系。
（静态：输入不随时间变化或随时间变化极其缓慢。
）10.误差因素：衡量传感器特性的主要技术指标。
11.动特性：输入量随时间较快的变化时输入输出的关系。
12.线性度：在采用直线拟合线性化时，输入输出的实际测量曲线与其拟合直线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度。
13.常用的拟合方法：①理论拟合②过零旋转拟合③端点连线拟合④端点连线平移拟合⑤最小二乘拟合⑥最小包容拟合。
14.迟滞：传感器在正（输入量增大）反（减小）行程中输出输入曲线不重合称迟滞。
迟滞误差也叫回程误差。
15.重复性：传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
16.静态灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。
17.分辨力：是指传感器能检测到的最小输入增量。
18.阈值：在传感器输入零点附近的分辨力。
19.温度稳定性（温度漂移）：它是指传感器在外界温度变化时输出量发生的变化。
射线探测器集成化技术研究
射线探测器集成化技术研究一、内容综述随着科学技术的不断发展，射线探测器在各个领域的应用越来越广泛，如医学、工业、环境监测等。
射线探测器的主要功能是检测和测量射线辐射，为人类的生活和工作提供安全保障。
然而传统的射线探测器存在诸多问题，如体积大、重量重、成本高、安装复杂等。
为了解决这些问题，研究人员开始探讨射线探测器的集成化技术，以实现更小、更轻、更便宜、更简单的射线探测器。
传感器集成化：通过将多个传感器集成到一个小型模块中，实现对不同类型射线的高效检测。
这种方法可以减少部件数量，降低系统复杂性，提高探测效率。
同时集成化的传感器可以提高系统的稳定性和可靠性。
数据处理与显示集成化：将数据处理和显示功能集成到一个模块中，简化系统结构，降低成本。
此外集成化的数据显示系统可以提供更直观、易于理解的信息，便于用户进行实时监测和分析。
通信与控制集成化：通过将通信和控制功能集成到一个模块中，实现对整个系统的远程监控和管理。
这种方法可以提高系统的灵活性和可扩展性，方便用户根据实际需求进行配置和调整。
电源管理集成化：通过优化电源管理系统，实现对整个系统的高效能源利用。
这包括采用低功耗微处理器、动态电压调节技术和能量回收技术等，以降低系统的能耗，延长使用寿命。
软件与硬件集成化：通过将软件和硬件功能集成到一个模块中，实现对系统的精确控制和管理。
这种方法可以降低系统的开发难度，提高系统的性能和稳定性。
射线探测器集成化技术研究旨在通过将多个功能模块集成到一个小型模块中，实现对射线探测器的高效、可靠和易用性。
这种技术的发展将为射线探测器的应用带来更多可能性，为人类的生活和工作提供更安全、更便捷的环境监测手段。
1. 射线探测器的重要性和应用领域首先射线探测器在医疗领域具有重要应用，例如医用X射线设备可以用于检查患者的身体结构和骨骼系统，以便及时发现疾病和损伤。
此外放射性同位素在肿瘤治疗、放射性药物生产等方面也发挥着重要作用。
因此射线探测器在保障人类健康方面具有不可或缺的地位。
辐射式传感器课件PPT
为激发。
用分离出所需波段的滤光片，可使红外测温仪工作在任意红 荧光式材料成分分析仪具有分析速度快，精度高，灵敏度高，应用范围广，成本低，易于操作等优点，已经得到广泛应用。
这种探测器的工作原理或者是根据在核辐射作用下某些物质的发光效应，或者是根据当核辐射穿过它们时发生的气体电离效应。
外波段。 具有相同的核电荷数Z而有不同的质子数A的原子所构成的元素称同位素。
放射源的β射线穿过被测物体射入测量电离室1，β射线也穿过补偿楔射入补偿电离室2。 这是因为γ射线没有直接电离的本领，它是靠从电离室的壁上打出二次电子，而二次电子起电离作用，因此, γ射线的电离室必须密闭。
红外测温仪的光学系统可以是透射式，也可以是反射式。 反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜，并在镜的表面镀金、 铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。
第12章 辐射式传感器
红外测温仪的电路比较复杂，包括前置放大、选频放
大、温度补偿、线性化、发射率（ε）调节等。目前已有
一种带单片机的智能红外测温器，利用单片机与软件的功 能，大大简化了硬件电路，提高了仪表的稳定性、可靠性 和准确性。
红外测温仪的光学系统可以是透射式，也可以是反射 式。反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜，并在镜的表 面镀金、铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。
第12章 辐射式传感器
3.红外线气体分析仪
红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性吸 收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段 （吸收带）不同，图12－6给出了几种气体对红外线的透射 光谱，从图中可以看出，CO气体对波长为4.65μm附近的 红外线具有很强的吸收能力，CO2气体则发生在2.78μm和 4.26μm附近以及波长大于13μm的范围对红外线有较强的 吸收能力。如分析CO气体，则可以利用4.26μm附近的吸 收波段进行分析。
传感器知识点
1▲传感器的定义传感器是一种能把感受到的外界信息（物理、化学、生物量）按一定规律转换成所需要的有用信息的器件和装置。
能按一定规律将被测量转换成电信号输出。
▲传感器由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成敏感元件感受被测量，是传感器的核心部件;用来感知外界信息和转换成有用信息的元件。
转换元件将响应的被测量转换成电参量;转换电路把电参量接入转换电路转换成电量输出;▲按传感器的构成原理分类：结构型、物性型▲按传感器检测的工作机理分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器▲按传感器的能量转换分类：能量控制型传感器、能量转换型传感器▲按传感器的物理原理分类：电参量式传感器（电阻式、电容式、电感式）、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、波式传感器（超声波、微波）、射线式传感器、半导体式传感器、其他原理的传感器2▲测量方法的分类，根据获取测量结果的方法：直接测量、间接测量、组合测量▲测量系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机结合。
▲测量误差就是测量值与真实值之间的差值。
反映测量质量的好坏。
▲测量误差的表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差、基本误差、附加误差▲根据误差的性质对误差进行分类：系统误差、随机误差、粗大误差。
▲精密度：描述测量仪表指示值不一致程度的量。
▲准确度：描述仪表指示值有规律地偏离真实值的程度。
准确度是系统误差产生的，它是指服从某一特定规律（如，定值、线性、多项式、周期性等函数规律）的误差。
▲静态特性技术指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性。
▲线性度：实际曲线与拟合曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差或称线性度。
▲灵敏度：在稳定条件下输出变化对输入变化的比值，用K表示。
▲对线性传感器，灵敏度是直线的斜率：S = ΔY/ΔX ，为常数。
对非线性传感器灵敏度为一变量：S = dy/dx ▲迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。
▲产生迟滞误差的原因：由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。
检测技术试题库及参考答案
检测技术试题参考答案一、填空题1、传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成的器件或装置。
2、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的关系。
3、某一线性位移传感器，量程为0～100 cm，对应输出电压为0～300mV，最大输出偏差为3mV，则传感器的灵敏度为，非线性误差为。
4、应变式传感器是利用金属的，将测量物体变形转换为电阻变化，通过测量电路（电桥）转换为输出电压的传感器。
5、电感式传感器按转换原理分为和自感两种。
6、电容式传感器分为变极距型、和三种。
7、霍尔传感器的零位误差主要由电动势和寄生直流电动势引起的。
8、热电偶的热电势由和组成。
9、激光器具有、和亮度高的优点。
10、CCD图像传感器的作用是将转换为。
其中MOS单元负责电荷的存储，MOS单元电荷在三相脉冲的作用下实现电荷的，通过输出装置实现电荷的。
11、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。
12、传感器一般由、、三部分组成。
13、可以把压电元件等效为一个和一个电容器14、电感式传感器按结构分为、和螺管式。
15、感应同步传感器是利用两个平面形绕组的互感随不同而变化的原理组成的可用来测量直线和或的位移。
16、电容传感器将被测非电量的变化转换为变化的传感器。
17、对于负特性湿敏半导体陶瓷，它的电阻率随湿度的增加而。
18、横向效应使电阻丝应变片的灵敏系数19、热电偶工作原理是基于效应，其热电势包括电势和电势。
20、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。
光纤的数值孔径越大，表明光纤的集光本领越。
21、射线式传感器主要由和探测器组成，常用的探测器有、闪烁计数器和盖革计数管。
22、传感器的静态特性主要包括、、重复性、稳定性和静态误差。
23、传感器是一种以一定精确度把被测量转换成有确定关系、便于应用的某种物理量才测量装置。
一般由、和转换电路组成。
24、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数______。
传感器与我们的生活
传感器与我们的生活电子1105班:刘藻志学号：1130060160传感器是一种把非电学物理量转变成便于利用的电信号的器件，它是现代信息技术的“感觉器官”。
与人的感觉器官相比它具有非常大的优势，正因如此，它被广泛应用在了我们生产生活的各个领域，发挥着非常重要的作用。
但是到底什么是传感器呢？传感器是一种把非电学物理量（如温度、速度、湿度、高度、质量、光照、声音、压力等信号）通过对这种物理量敏感的元件（如热敏电阻、光敏电阻、力敏元件、磁敏元件、味敏元件等）转变成便于利用的电信号（如电流、电压、电阻等）的器件。
它是通过感受被测量的变化或者接收输入的物理或化学变量信息，把它按照一定规律或要求转化成所需的电信号输出，以满足信息的传输、显示、记录、处理、存储和控制等要求，是将一种能量转换成另一种能量形式，被测信号的微小变化都会被转化成电信号。
它是现代信息技术的“感觉器官”，是人类感观的延伸，是实现自动检测和自动控制的首要环节。
通俗的说传感器就是人类感知的延伸，说它是人类的“电五官”也是不为过的。
传感器是我们人类获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，传感器早已渗透到诸如生活、工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
那么传感器有哪些分类呢。
总的来说传感器可以按照以下类别分类：电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；★磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；★压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；★光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；★气电式传感器：电位器式、应变式；★热电式传感器：热电偶、热电阻；★波式传感器：超声波式、微波式等；★射线式传感器：热辐射式、γ射线式；★半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻；★其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。
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☻ 核辐射传感器（探测器）：
将入射核辐射（粒子）的全部或部分能量转化为可观测 的电信号（如电流、电压信号）的装置。
核幅射（人工、天然）
能量转换
电信号
❖1895, 伦琴（ Roentgen ）发现 X 射线，射线式传感 器已经有100多年历史。
世界上第一张X射线照片
现代X射线照片
➢ 射线式传感器主要应用领域：
• 原理基本相同，而能量范围不同，后者传感器由射线源 和探测器组成。
11.2.1 辐射源
➢ 辐射源结构一般为丝状、圆拄状、 圆片状，有点源、面源、片源。
➢ 辐射源的结构应使射线从测量方 向射出，其它方向应尽量减少剂 量，减少对人体的危害。可以用 铅进行射线屏蔽，铅有极强的抗 辐射穿透能力。
点源结构
β- 衰变
产生电子e ,反中微子 v’
β+ 衰变
F氟产生正电子e ,中微子 v’
衰变
Dy镝放出γ射线，能态变化， 原子量、原子序数不变
➢ 核辐射的强弱用放射性强度表示
• 放射性强度也是随时间按指数规律减小：
I I0et
I0 —— 初始强度； I —— t 时间后的强度；
• 用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱， 称放射性强度(活度)。
断层扫描 computed tomograhy （工业CT、医疗 CT）、 无损检测、现场元素分析、在线监测、环境监测、探伤 等等。
➢ 利用射线探测器的医疗设备： X射线机、 医疗计算机断层扫描（CT）、核磁共振成像（MRI）。
➢ 探伤
➢ 安检
➢ 太空技术：空间探测—“太空之眼” • 迄今最伟大的八具空间望远镜
11.2 射线式传感器
➢ 射线式传感器器通常有两种主要形式：
• 一种是测量放射性物质的放射线，例如测天然放射性 U(铀)、Th(钍)、K(钾)。
• 另一种方式是利用放射性同位素，测量非放射性物质， 根据被测物质对辐射线的吸收、反射进行检测，或者利 用射线对被测物质的电离激发作用。
• 如：测厚、探伤、X射线荧光仪测元素含量等。
第11章 射线式传感器
主要内容
11.1 核辐射物理基础 11.2 射线式传感器 11.3 射线式传感器的应用
概述
➢ 射线式传感器也称核辐射探测器，它是利用放射性同位 素发出射线，根据被测物质对放射线的吸收、反射、散 射或射线对被测物质的电离激发作用而工作的。
♣ 放射线通过被测量物时会伴随着能量的损失，只要得到 确切的损失量，就可以准确地了解到被测物的特征。
• α粒子质量大，电荷量多，
电离能力最强但射程短；
• β粒子质量小，电离较弱；
β
α
• γ粒子没有直接电离作用。
➢ 吸收、反射
α、β、γ射线穿透物质时，由于磁场作用，原子中电子
会产生共振，振动的电子形成散射的电磁波源，使粒 子和射线能量被吸收和衰减。其中：
• α 射线穿透能力最弱，空气中运行轨迹为直线；
6
12
12C
碳-13 6
7
13
13C
碳-14 6
8
14
14C
核素表示符号
（2）核衰变与核辐射 ➢ 放射性同位素的原子核数目，随时间按指数规律衰减 ➢ 放射性衰减规律可表示为
0et
——t 时刻原子核数；
0 ——t = 0 的原子核数； —— 衰减常数（不同核素衰减常数值不同）
❖ 半衰期：通常用半衰期表示核素衰减速度 半衰期指，放射性核数衰减到原始数目一半所用的时间，
• γ 射线由中性的粒子组成 （光子）。
核辐射的基本粒子和射线性质
种类 符号 电荷 质 量 （e) ( u )
α
4He +2 4.00279
β
e± ±1 5.486×10-4
0
0
质 子 p +1 1.007276
中 子 n 0 1.008665
α 衰变
自然界常见的核衰变示例
新元素Sg衰变为Rf鑪
• 当没有外因作用时，同位素的原子核会自动产生核 结构的变化，称为核衰变；
• 同位素的原子在自动衰变过程中会放出射线，这种 同位素就称“放射性同位素”。
• 核素及符号表示
具有确定质子数和中子数的原子核称为核素。 核素是原子核的一种统称。
核 素 质子数 中子数 质量数 符 号
氦-4 2
2
4
4He
碳-12 6
• β 射线次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换 而改变方向产生散射，在空气中轨迹为折线；
• γ 射线穿透能力最强，能穿透几十厘米厚固体物质， 在气体中可穿透数米，因此γ 射线广泛用于医疗诊 断、探伤等。
1 MeV 的粒子穿透物质能力
α
1页
β
60页/本
γ
中子n 铅
铅室
4580本
中 子 源
地下 1-2 米深
➢ 一般用10倍半衰期表示放射性核素的寿命。
11.1.2 核辐射与物质间的相互作用
➢ 放射性同位素衰变时，放出一种特殊的，带有一定能量的 粒子或射线，这种现象称“核辐射”。
☻ 放射性同位素在衰变过程中能放出
α、β、γ三种射线，其中：
• α 射线由带正电的α 粒子组成 （如氦核）；
• β 射线由带负电的β 粒子组成 （电子）；
哈
勃
望
远
钱德拉X射线太空望远镜
镜
康普顿 伽玛射线
太空 望远镜
XMM-牛顿X射线太空望远镜
11.1 核辐射物理基础
➢ 辐射可分为：电离辐射和非电离辐射
• 电离辐射 直接或间接使介质发生电离效应的
电或不带电的射线或粒子
(能量 ﹥keV )
α、β、γ、 x、 n、p、
裂变碎片 介子等
➢ 来源 1)放射性物质 (人造、天然） 2)加速器 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境
• 非电离辐射 紫外线、红外线、微波等 这些粒子虽能够同物质发生作用 但都不能使物质发生电离效应 （能量～ eV量级）
➢来源 如移动电话： 频率 800-1800 MHz 能量﹤0.01 eV (所以没有电离作用）
波长
电磁波谱
频率
F E
能量 低
高
11.1.1 放射性同位素
（1） 放射性同位素
• 凡是原子序数相同、原子质量不同的元素， 在元素 周期表中占同一位置，这种元素称同位素；
➢ 放射性强度单位
放射性强度单位：贝可（Bq） 1Bq （1 次核衰变）/ 秒
放射性强度单位：居里（Ci）, 毫居里(mCi)
1Ci = 3.7×1010（次核衰、吸收、反射作用。
➢ 电离作用：带电粒子在物质中穿行时会使物质的原子
发生电离，在它们经过的路程上形成离子对。其中：
铅 罐
➢ 同位素辐射源 ：