10.1 红外传感器
本章节介绍了红外传感器的基本工作原理、组成结构、分类及应用领域。红外传感器利用红外辐射（热辐射）实现物理量测量，其核心器件是红外探测器，分为热探测器和光子探测器两大类。红外传感技术正广泛应用于工业监控、安全监视、救灾、遥感、交通管理、医学诊断及军事等领域，发展趋势为智能化、微型化、高灵敏度及高性能。
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一次脉冲反射法
一次脉冲反射法是反射法探伤中最常用的方法，通过分析发射脉冲(T)、缺陷脉冲(F)和底脉冲(B)在荧光屏上的位置和幅度来定位和评估材料内部缺陷。
倒车雷达
倒车雷达（Parking Distance Control, PDC）是汽车泊车或倒车时的安全辅助装置，是超声波传感器测物位的典型应用案例。
光子探测器
光子探测器是红外探测器的一大类别，其工作原理基于光子与材料相互作用产生的光电效应。入射的红外光子直接激发探测器材料中的载流子（电子或空穴），产生电信号。
光子效应
光子效应是光子探测器型红外传感器的工作基础。当红外线入射到某些半导体材料上时，红外辐射中的光子流与半导体材料中的电子相互作用，改变电子的能量状态，引起各种电学现象。通过测量半导体材料中电子性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。
光机扫描机构
光机扫描机构是红外热成像仪中的关键组件，位于光学系统和红外探测器之间，用于对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上。
全辐射测温原理
全辐射测温原理是通过测量物体全波段辐射能量来确定温度的方法，其数学基础为斯蒂藩玻尔兹曼定律：
压电式超声波传感器
压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理工作的超声波传感器，是最为常用的超声波传感器类型。常用的压电材料包括压电晶体和压电陶瓷。
压电晶片
压电晶片是压电式超声波传感器的核心元件，多为圆板形，由压电晶体或压电陶瓷制成。其厚度δ与超声波频率f成反比，即频率越高，晶片越薄。
反射式微波传感器
反射式微波传感器是微波传感器的一种工作模式，通过检测经物体反射回来的微波信号的功率或微波信号从发出到接收到的时间间隔来实现测量。可用于测量物体的位置、位移等参数。
反射法探伤
反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷的超声波探伤方法。是脉冲回波法在材料检测领域的典型应用。
发射率调节
发射率调节是红外测温仪中用于补偿非黑体目标辐射差异的电路功能。由于实际物体的发射率 $/varepsilon$ 介于0和1之间（黑体 $/varepsilon=1$），仪器用黑体标定后测量 $/varepsilon<1$ 的目标时，信号会相对减小，发射率调节电路通过放大作用将减小的部分恢复，确保测量准确性。
多普勒效应（微波）
当微波源与观察者（或反射物体）有相对运动时，接收到的微波频率会发生偏移，这种现象称为微波多普勒效应。
多普勒法测流量
多普勒法测流量是利用超声波在流动流体中传播时产生的相位差或频率差来计算流体流速和流量的方法，是超声波流量计的重要测量原理。采用该方法的传感器称为多普勒超声波流量计。
多次脉冲反射法
多次脉冲反射法是反射法探伤的一种，以多次底波为依据进行探伤，特别适用于板材检测。
大气窗口
大气窗口是指大气中对红外辐射吸收较弱的特定波段。红外线在大气中传播时，由于大气中不同的气体分子、水蒸气、固体微粒和尘埃等物质对不同波长的红外线都有一定的吸收和散射作用，形成不同的吸收带，这些吸收较弱的波段称为大气窗口。
居里温度（居里点）
居里温度（又称居里点）是铁电体材料的一个关键临界温度参数。当温度升高到居里温度时，铁电体的自发极化突然消失，材料从铁电相转变为顺电相。
微波
微波是介于红外线与无线电波之间的一种电磁波，其波长范围是1m~1mm，对应的频率范围为300MHz~300GHz。通常按照波长特征将其细分为分米波、厘米波和毫米波三个波段。
微波传感器
微波传感器是一种利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。微波是介于红外线与无线电波之间的一种电磁波，波长范围1m~1mm，频率范围300MHz~300GHz。微波传感器属于非接触式传感器，广泛应用于工业无损检测、物位测量、地质勘探、军事目标跟踪和战场态势感知等领域。
微波传感器（二）：辐射计、无损检测仪、物位计与多普勒传感器
本文件是《10.2 微波传感器》的第二部分，详细介绍了四种具体的微波传感器类型：微波辐射计（温度传感器）、微波无损检测仪、微波物位计和微波多普勒传感器。每种传感器均给出了工作原理、数学模型和典型应用。
微波传感器（第10章 辐射与波式传感器）
本文档介绍了微波传感器的基本原理、分类、组成、特点及应用。微波传感器利用微波（波长1m~1mm，频率300MHz~300GHz）与物质相互作用的特性进行非接触式测量。传感器分为反射式和遮断式两种工作模式，由微波发生器、微波天线和微波检测器三部分组成。文档详细阐述了微波液位计和微波湿度传感器的工作原理，其中微波湿度传感器利用水分子极性在微波场中产生相移和...
微波发生器
微波发生器（又称微波振荡器）是微波传感器中用于产生微波信号的装置。由于微波波长很短、频率很高（300MHz~300GHz），要求振荡回路有非常小的电感与电容，因此不能采用普通的晶体管构成微波振荡器，而是采用速调管、磁控管或某些固态元件构成。小型微波振荡器也可采用体效应管。
微波多普勒传感器
微波多普勒传感器是一种利用多普勒效应探测运动物体速度、方向与方位的传感器。它通过发射微波到被测对象并接收返回的反射波来实现测量。
微波天线
微波天线是微波传感器中用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。为了保证发射出去的微波信号具有最大的能量输出和一致的方向性，要求微波天线有特殊的结构和形状。
微波无损检测仪
微波无损检测仪是一种利用微波与材料相互作用来检测材料内部缺陷而不造成破坏的传感器系统。主要由微波天线、微波电路、记录仪等部分组成。
微波无损检测原理
微波无损检测原理利用微波在不连续界面处产生反射、散射、透射的特性，以及微波与被检测材料相互作用引起电磁参数和几何参数变化的特性，通过检测微波信号基本参数的改变来检测材料内部缺陷。
微波检测器
微波检测器是微波传感器中用于探测微波信号的装置。微波在传播过程中表现为空间电场的微小变化，因此使用电流电压呈非线性特性的电子元件进行探测。
微波湿度测量原理
微波湿度测量原理基于水分子是极性分子的特性。在微波场作用下，水分子偶极子不断从电场中获得能量（储能过程），表现为微波信号的相移；又不断释放能量（放能过程），表现为微波的衰减。
微波物位计
微波物位计是一种利用微波信号衰减或反射来测量物位（液位或料位）的传感器。通过比较接收天线接收到的微波功率与设定值，判断被测物位是否高于或低于设定高度。
微波物位计原理
微波物位计原理通过比较接收天线接收到的微波功率与设定值，判断被测物位是否高于或低于设定高度。
微波辐射计
微波辐射计，又称微波温度传感器，是一种利用物体辐射的微波能量来测量其温度的传感器。其工作原理基于普朗克公式在微波波段的近似表达式：
微波辐射计原理
微波辐射计原理是基于普朗克公式在微波波段的近似，通过测量物体辐射的微波能量来反推其温度。任何温度高于环境温度的物体都会向外辐射能量，当该辐射能量到达接收机输入端口时，接收机感知到该信号并输出信号。
指纹识别
指纹识别是指通过比较采集的指纹与预先保存的指纹二者的特征点异同来进行身份鉴别的过程。指纹是人体的基本特征之一，具有唯一性和终身不变性，因此广泛用于身份鉴定。
时差法测流量
时差法测流量是通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差来计算流体流速和流量的方法，是超声波流量计中最常用的测量原理。
朗伯-贝尔定律
朗伯贝尔定律（LambertBeer Law）描述辐射强度在吸收介质中传播时的衰减规律。当射线进入介质被吸收后，透过的射线强度按指数规律减弱。
横波
横波是质点振动方向垂直于传播方向的波。横波只能在固体中传播，不能在液体和气体中传播。
水分子（传感器相关）
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。这一特性是微波湿度传感器的物理基础。
热探测器
热探测器是红外探测器的一大类别，其工作原理基于红外线的光热效应。当红外辐射被探测器材料吸收后，会转化为热能，引起材料温度变化，通过测量温度变化来检测红外辐射的强度。
热释电探测器
热释电探测器是一种基于热释电效应工作的热探测器，是热探测器家族中探测效率最高、频率响应最宽的类型。它利用铁电体材料的自发极化强度随温度变化的特性来检测红外辐射。
热释电效应
热释电效应是由于温度升高引起电介质产生电荷的现象。该效应是热释电探测器的工作基础，也是热探测器家族中最重要的物理效应之一。
环境温度补偿
环境温度补偿是红外测温仪中消除环境温度变化对测量结果影响的电路技术。在红外测温仪中，调制盘将恒定辐射变为交变辐射，测量信号实际上是目标与调制盘环境温度的差值。加法器将环境温度信号与测量信号相加，从而恢复目标的真实温度。
生物识别
生物识别是指利用人体固有的生理特征或行为特征进行身份鉴别的技术。指纹识别是生物识别的一种重要形式。
磁致伸缩式超声波传感器
磁致伸缩式超声波传感器是利用磁致伸缩效应工作的超声波传感器类型，与压电式超声波传感器并列，是产生和接收超声波的另一种重要物理机制。
磁致伸缩效应
磁致伸缩效应是指铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象。该效应是磁致伸缩式超声波传感器的物理基础，与压电效应并列，是产生和接收超声波的另一种重要机制。
穿透法探伤
穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量的超声波探伤方法。
红外传感器
红外传感器是一种利用红外辐射（热辐射）实现相关物理量测量的传感器。其基本工作原理基于任何温度高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线，且辐射强度与温度的四次方成正比。
红外传感器典型应用——红外测温仪
本资料详细介绍了红外测温仪作为红外传感器典型应用的工作原理、电路组成及各模块功能。重点阐述了全辐射测温原理（基于斯蒂藩玻尔兹曼定律）、调制盘的必要性、发射率调节、环境温度补偿和线性化处理等关键技术细节。
红外传感器应用：气体分析仪、热成像仪与军事制导
本文档是《辐射与波式传感器》第10章中关于红外传感器应用的部分，详细介绍了三种典型应用：红外线气体分析仪、红外热成像仪以及红外制导与导弹防御系统。
红外传感器（二）：热探测器与光子探测器详解
本文档是红外传感器系列的第二部分，深入介绍了红外传感器的两大核心类别：热探测器和光子探测器。文档详细阐述了热探测器的工作原理（热效应）、四种主要类型（热敏电阻型、热电偶型、高莱气动型和热释电型），并重点分析了热释电探测器的物理基础——热释电效应、铁电体特性及居里温度。同时，文档介绍了光子探测器的工作原理（光子效应）及其分类（内光电和外光电探测器），并对...
红外制导
红外制导是导弹的制导方式之一，利用目标自身的热辐射获取制导信息。它是红外传感器在军事领域的重要应用。
红外探测器
红外探测器是红外传感器的核心器件，负责将红外辐射转换为可测量的电信号或其他形式的信号。
红外测温仪
红外测温仪是利用红外辐射原理进行非接触温度测量的仪器。它通过接收物体发出的红外辐射能量，依据斯蒂藩玻尔兹曼定律确定物体表面温度，广泛应用于工业监控、设备故障诊断、安全检测和医疗防疫等领域。
红外热成像仪
红外热成像仪是一种将物体表面温度分布转换为人眼可见图像的电子装置，以不同颜色显示温度分布，是红外传感器的重要应用之一。
红外线气体分析仪
红外线气体分析仪是一种利用气体对红外线选择性吸收原理来测量气体浓度的仪器。其核心物理基础是朗伯贝尔定律，描述辐射强度随吸收介质浓度和厚度呈指数衰减的规律。
红外辐射
红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体的温度只要高于绝对零度（273°C），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量。
纵波
纵波是质点振动方向与波的传播方向一致的波。它是超声波测量中最常用的波型。
脉冲回波法
脉冲回波法是超声波测距、测厚和测物位的核心测量方法。其基本原理是：发射超声波脉冲，脉冲在介质中传播至目标界面后反射回来被接收，通过测量发射与接收的时间间隔，结合已知的声速，计算目标距离或厚度。
表面波
表面波是质点的振动介于纵波与横波之间，沿着固体表面传播的波。其振幅随深度增加而迅速衰减，因此只能沿着固体的表面传播。
调制（斩光）
调制（斩光）是将恒定红外辐射转变为交变辐射的技术，是热释电探测器、红外测温仪等设备中的关键信号处理手段。由于热释电探测器的输出信号与温度变化速率成正比，在恒定红外辐射下（温度平衡后）输出信号会下降到零；同时，恒定辐射产生的直流信号无法通过交流放大器处理，且直流放大器存在零点漂移和低频噪声（如1/f噪声）问题。因此，必须通过调制将恒定辐射变为交变辐射，才...
超声波
超声波是频率高于20kHz的机械波，属于声波中频率高于人耳听觉上限的部分。超声波具有频率高、波长短、方向性好、穿透力强等特点，在工业检测和医疗诊断中广泛应用。
超声波传感器
超声波传感器是一种以超声波作为检测手段的传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。它能够产生和接收超声波，利用超声波的各种物理特性（波型、传播速度、反射折射、衰减等）实现非接触式测量。
超声波传感器工作原理与物理性质
该文档是《辐射与波式传感器》教材中关于超声波传感器的第一部分，系统介绍了超声波的基本物理性质（波型、传播速度、反射折射、衰减规律）以及超声波传感器的工作原理，重点阐述了压电式超声波传感器的结构和工作机制。
超声波传感器（三）：流量测量与探伤应用
本文档是《10.3 超声波传感器》系列的第三部分，详细介绍了超声波传感器在流量测量和材料缺陷检测两大工业应用中的工作原理、数学模型和典型方法。
超声波传感器（二）：磁致伸缩式传感器、性能指标与应用
本文是超声波传感器系列的第二部分，重点介绍磁致伸缩式超声波传感器的工作原理、材料与结构，超声波传感器的性能指标体系，以及超声波测厚、测物位和倒车雷达等典型应用。
超声波指纹传感器
超声波指纹传感器是一种利用超声波穿透能力和声阻抗差异采集指纹3D特征的传感器。它通过向手指发射超声波并检测回波，利用皮肤与空气对声波阻抗的差异区分指纹嵴与峪的位置，从而获取指纹的立体信息。
超声波指纹识别
超声波指纹识别是一种利用超声波穿透皮肤表层、采集指纹3D特征进行身份鉴别的生物识别技术。它通过向手指发射超声波并分析回波信号，获取指纹的立体信息，实现比传统2D指纹识别更高的准确性和防伪能力。
超声波指纹识别技术
本页是《第10章辐射与波式传感器/10.3 超声波传感器4.md》的源文件摘要，内容聚焦于超声波指纹识别技术的原理、优势及应用。
超声波探伤仪
超声波探伤仪是利用超声波在材料内部传播时遇到缺陷产生反射、散射或衰减的特性来检测材料内部缺陷的无损检测设备。主要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材料的缺陷（如裂纹、气孔、杂质等），可深达材料内部几米，这是X光探伤达不到的深度。具有检测灵敏度高、速度快、成本低等优点。
超声波流量计
超声波流量计是利用超声波在流体中传播速度随流体流动变化的特性来测量流体流速和流量的传感器。具有精度高、压力损失极小、无运动部件、低维护、不阻碍流体流动的特点，可测量非导电、高黏度、浆状、强腐蚀性、放射性等多种流体，测量结果不受流体物理和化学性质的影响，也不受管径大小的限制。
超声波的反射与折射
超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上一部分超声波被反射，另一部分则透过分界面在另一种介质内继续传播，分别称为超声波的反射和折射。
超声波的衰减
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。衰减规律满足指数函数关系。
遮断式微波传感器
遮断式（又称透射式）微波传感器是微波传感器的一种工作模式。利用微波绕射能力差且能被介质吸收的特性，如果在发射天线和接收天线间有物体，则微波信号可能被阻断或被吸收。因此，可以通过检测接收天线收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体，或被测物体的位置、厚度、或含水量等。
铁电体
铁电体是一类特殊的电介质材料，具有自发极化且极化方向可随外电场反转的特性。与普通电介质不同，铁电体在外加电压去除后仍保持着极化状态（剩余极化），类似于压电陶瓷的极化特性。
阻尼块
阻尼块（又称吸收块）是高频型压电式超声波传感器的重要组成部分，其作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。
飞行时间原理
飞行时间原理（TimeofFlight, ToF）是距离传感器的通用基础原理：通过发射并测量特定能量波束从发射到被物体反射回来的时间，由这个时间间隔推算与物体之间的距离。