第四章微波檢測技術

1、第四章 微波檢測技術 微波檢測的基礎知識 微波測濕技術 微波多普勒測速技術 微波測量厚度 微波測量物位 微波無損檢測技術 其他微波的檢測應用第一節(jié)第一節(jié) 微波檢測的基礎知識微波檢測的基礎知識一、微波的定義及其特點一、微波的定義及其特點 通常將波長在0.001-1m，頻率從300M300GM范圍內的電磁波稱為微波。 其特點為： (1)定向傳播。 (2)準光學特性。 (3)傳輸特性好。 (4)介質對微波吸收與介質的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強。 二、微波的有關概念二、微波的有關概念 微波技術中主要的性能指標是頻率、波長、功率、駐波比、反射系數(shù)等。微波波段常用的儀器是功率計、頻率計、波長表

2、等。 1波長與波速波長與波速 一個周期T內，電磁波所走的路程稱為波長，用表示。電磁波是按一定速度傳播的，電磁波每秒鐘所行的距離稱為波速，用字母代表；波速與波長、周期關系： =T* 或 =/f 2行波和駐波行波和駐波 由信號源產生的電磁被，波峰隨著時間的推移向前不斷運動。這種不斷向前行進的波稱為行波行波。電磁波遇到障礙或不連續(xù)的地方會產生反射波，反射波與人射波的傳輸方向相反，這兩種波彼此干涉，結果使得在傳輸方向上的某些地方起伏程度總是最大，而在另一些地方總是最小，合成波的最大與最小波幅駐在那里不動故稱為駐波駐波。駐波的最小點稱為波節(jié)點波節(jié)點振幅最大點稱為波腹點波腹點。在微波傳輸中，要盡量避免駐波

3、的產生。三、微波振蕩器與微波天線 微波電路中需要注意的問題就是微波電路是高顏電路，它與低頻電路分析和處理時最大的區(qū)別就是元件連接線之間的分市參數(shù)是不能忽略的。在微波電路中這些分布參數(shù)有分布電容、分布電感、分布電導，分布電容存儲部分電場能量，分布電感存儲部分磁場能量，分布電導則消耗電磁能量。 微波振蕩器微波振蕩器微波是用微波振蕩器產生的。由于微波的波長很短，所以它的振蕩頻率f很高(300Mh300GHZ)，為了得到很高的頻率f，振蕩回路的電感L和電容C就要很小，因此不能用普通的電子管與晶體管構成微波振蕩器。構成微波振蕩器的器件有速調管、磁控管和某些固體元件，小型的微波振蕩器也可采用體效應管。 發(fā)

4、射天線發(fā)射天線微波振蕩器產生的振蕩信號要用波導管引到發(fā)射天線(波長為10cm以上可用同軸電纜)發(fā)射出去。波導管通常是截面為圓形或矩形的金屬管，微波就在管內傳播。波導壁起了屏蔽作用，它強迫電磁波沿著波導移動。為了保證發(fā)射的微波有很強的方向性，必須使用特殊結構的發(fā)射天線。常有的發(fā)射天線有喇叭形天線、拋物面天線、介質天線等。 基本參量：方向性、效率、增益系數(shù)、天線的極化。四、微波檢測基本原理五、微波在撿測技術中的應用 微波檢測技術利用微波的定向輻射、反射特性及吸收特性等 來檢測某些物理量。 選用的微波信號可以是連續(xù)波、脈沖波，也可以是調制波。 信號的傳輸通路可以是傳輸線也可以是自由空間。 四、微波在

5、撿測技術中的應用四、微波在撿測技術中的應用 1利用微波的定向輻射特性進行測量 2利用微波的反射特性進行測量 3利用物質對微波的選擇性吸收特性進行測量 六、微波檢測方法的優(yōu)缺點微波檢測方法的優(yōu)缺點微波檢測方法具有以下優(yōu)點：微波檢測方法具有以下優(yōu)點：(1)非接觸測量。由于檢測時不與對象接觸因此可對活體進行檢測；(2)檢測速度快、靈敏度高，可以進行動態(tài)檢測與實時處理，便于自動控制。(3)不受惡劣檢測環(huán)境的限制，可在高溫、高壓、放射性環(huán)境下進行檢測。(4)輸出信號可以方便地調制在載頻信號上進行發(fā)射與接收，便于實現(xiàn)遙測與遙控。微波檢測方法具有以下缺點：微波檢測方法具有以下缺點：(1)利用這種檢測方法在進

6、行參數(shù)檢測時，易受溫度、氣壓、取樣位置的影響，需要考慮補償措施。(2)微波檢測儀表的零點漂移和標定問題尚未很好解決。 第二節(jié) 微波測濕技術一、電介質的微波特性微波測濕的對象就是電介質。電介質的特性：1、電介質的極化、電介質的極化2、介電常數(shù)、介電常數(shù)二、微波測濕原理 水的介電常數(shù)比其他電介質的介電常數(shù)要大得多。因此，通過測量含水物質在微波場中的介電常數(shù)，便能間接測得該物質中含水量的多少。 由于水的吸收損耗遠較其他電介質大，所以，當微波功率通過物料時，其衰減量的大小將主要取決于物料中水分含量的多少，這就是衰減法微波測濕的原理。 三、微波測濕技術的應用 利用微波測量濕度或水分的方式基本上有三種類型

7、。即空間波式、波導式和反射式空間波式、波導式和反射式?？臻g波式空間波式結構通常需用兩個喇叭天線，分別置于被測物料的兩側，一個作為發(fā)射天線，另一個作為接收天線。被測物料從兩個喇叭天線之間通過物料對微波信號的衰減量與物料中的含水量有關。波導式波導式結構是將被測物料放在波導管內進行測試。反射式反射式結構通常是將被測物料置于一個喇叭天線與一個金屬反射器之間。從喇叭天線發(fā)射出來的微波束透過被測物料后，被金屬反射器的表面反射回來根據(jù)所接收到的回波信號，即可判定被測物料的含水量，如木板含水量的測量。 1煤中合水量的測量 隔離器的作用是隔離器的作用是：只允許微波信號單向通過，這樣可以避免后級對前級的干擾，保證

8、了信號源的穩(wěn)定性。精密衰減器的作用是精密衰減器的作用是用來校準初值，由于煤種的不同，各種煤種的含濕量初值差別很大，往往會超出儀器的測量范圍。通過精密哀減器的校準，就可以保證儀器在較大的測量范圍內有較高的精度。 2糖果含水量的測量 采用微波測定物料的水分時，要特別注意以下問題；1、物料溫度對測量的影響。因為水的介電常數(shù)在不同溫度時具有不同數(shù)值，所以含水物料在不同溫度下引起的微波衰減也不同。溫度愈高，衰減愈大，測出的水分值偏高。2、被測物料表面對微波的反射也將影響水分的測定。反射量的多少與物料的形狀、尺寸有關，隨著被測物料含水量的增加，反射影響越來越小。3、對于粒狀、粉狀物料而言，物料的密度以及物

9、料的排列方式也將影響測量結果。 二、微波多普勒測速儀的結構原理 環(huán)行器是一種微波元件，它只允許微波沿一定方向(例如逆時針方向)流入流出。濾波器應采用帶通濾波器，其通頻帶對應于預期的目標速率所能產生的頻率，這樣可以避免各種干擾，特別是發(fā)射頻率f0所造成的干擾。 三、微波多普勒流量計第四節(jié) 微波測量厚度 一、反射幅度法 反射幅度法適用于測量金屬板的厚度。當金屬板很靠近天線的近場區(qū)時，從金屬板反射回的微波強度與天線到金屬板的距離有關，距離遠時反射波的強度??；距離近時反射波的強度大，并且有良好的線性。用公式表示為 反射幅度法的優(yōu)點是輸出信號只與金屬板的厚度有關而與金屬板的位置無關，就能有效地克服金屬板

10、偏移、振動等因素的影響，但這種測量因采用強度信號，易受到干擾，測量精度不夠高。 二、反射相位法第五節(jié) 微波物位計1遮斷式物位計遮斷式物位計又稱為開關式物位計。2反射式物位計利用回聲測距的原理工作。 由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測量的關鍵是要能接收到反射回波，并識別出有效回波。接收的回波能量Pk 用簡化的雷達方程表示第六節(jié) 微波無損檢測技術一、微波無損檢測技術的特點 具有“非金屬、非電量、非接觸、非破壞”的四非特點。二、微波無損檢測的原理 微波無損檢測的基本原理是綜合利用微波與物質的相互作用， 一方面微波在不連續(xù)界面處會產生反射、散射、透射。 另一方面微波還能與被檢材料產生相互作用，

11、此時的微波場會受到材料中的電磁參數(shù)和幾何參數(shù)的影響，通過測量微波信號基本參數(shù)的改變即可達到檢測稠料內部缺陷的目的。三、微波無損檢測技術的應用 微波無損檢測方法主要有連續(xù)波穿透法、掃頻波穿透法、主要有連續(xù)波穿透法、掃頻波穿透法、脈沖調制波穿透法、連續(xù)波反射法、掃頻波反射法、脈沖調脈沖調制波穿透法、連續(xù)波反射法、掃頻波反射法、脈沖調制波反射法、駐波干涉法、散射法、全息法以及制波反射法、駐波干涉法、散射法、全息法以及CT法等。法等。 它可以檢測增強塑料和各種金屬、非金屬的復合膠接結構與蜂窩結構件中的分層、脫層，固體推進劑、橡膠輪胎內部的氣孔、裂縫，陶瓷及復合物中的孔隙，金屬加工表面光潔度、裂紋、劃痕及其深度等。 在航天航空工業(yè)巾，各種高性能的復合材料、陶瓷材料等應用廣泛，微波無損檢測技術得到了更進一步的發(fā)展解決了用其他技術無法解決的問題。 在探地方面，微波斷層掃描成為地質及地下工程的得力助手。 第七節(jié) 微波在其他測量方面的應用一、微波溫度傳感器 基于熱輻射的原理。任何物體的溫度高于環(huán)境溫度時，都能向外輻射能量，如果該輻射能到達接收機輸入端口時仍然高于基準溫度(或室溫)，在接收機的輸出端就會有信號輸出，輸出信號的大小與輻射能的多少即被測體的溫度有關，這就是輻射計或噪聲溫度接收