微波檢測技術(shù)課件

微波檢測技術(shù)

主要內(nèi)容:

●微波檢測的基礎(chǔ)知識●微波測濕技術(shù)●微波物位計

微波檢測技術(shù)1

一、微波檢測的基礎(chǔ)知識

1.微波的定義及其特點

通常將波長在0.001～1m，頻率從300到300000兆赫范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。

特點:

●定向傳播

●準(zhǔn)光學(xué)特性

●傳輸特性好

●介質(zhì)對微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強一、微波檢測的基礎(chǔ)知識2微波振蕩器與微波天線

微波是用微波振蕩器產(chǎn)生的。由f=1/2π可知，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(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)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(yīng)管。

微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號要用波導(dǎo)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。

為了保證發(fā)射的微波有很強的方向性，必須使用特殊結(jié)構(gòu)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(zhì)天線等。微波振蕩器與微波天線3常見的微波天線扇形喇叭天線(b)圓錐形喇叭天線(c)旋轉(zhuǎn)拋物面天線(d)拋物柱面天線常見的微波天線4微波在檢測技術(shù)中的應(yīng)用

利用微波的定向輻射特性進行測量據(jù)此原理可以制成開關(guān)式物位計利用微波的反射特性進行測量可以制成液位計、測厚儀和微波雷達等。利用物質(zhì)對微波的選擇性吸收特性進行測量可以測量紙張、糧食、木材、糖果等固體物料的含水量。

微波在檢測技術(shù)中的應(yīng)用5二、微波測濕技術(shù)微波測濕的原理

水分子是強極性分子，在外電場作用下將產(chǎn)生強的取向極化，極化的結(jié)果是將外電場的能量轉(zhuǎn)換成水分子的勢能，這一勢能意味著將從外電場獲得的能量儲存起來。由于水的吸收損耗遠較其它電介質(zhì)大，所以，當(dāng)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。二、微波測濕技術(shù)微波測濕的原理62、微波測濕技術(shù)的應(yīng)用

利用微波測量濕度或水分的方式基本上有三種類型，即空間波式、波導(dǎo)式和反射式。

煤中含水量的測量衰減法微波測濕原理方框圖

2、微波測濕技術(shù)的應(yīng)用衰減法微波測濕原理方框圖7微波測量煤的含水量示意圖

校準(zhǔn)曲線

微波測量煤的含水量示意圖校準(zhǔn)曲線8三、微波物位計

微波超聲波波類型電磁波機械波反射特性在不同介電率的界面上反射在不同聲阻抗率的界面上反射壓力影響微不足道很小溫度影響微不足道需溫度補償傳播速度約3×108m/s（在真空中）約344m/s（空氣中，20℃）測量盲區(qū)到天線頂端離輻射面大于250mm動態(tài)范圍高達150dB高達100Db傳播環(huán)境很少受氣相環(huán)境影響要求均一的氣體環(huán)境

微波和超聲波的差別三、微波物位計微波超聲波波類型電磁波機械波反射特性在不同介9微波物位測量原理

有遮斷式和反射式兩種(1)遮斷式物位計微波物位測量原理10

(2)反射式物位計

反射式物位計是利用回聲測距的原理工作的。其原理如圖所示。發(fā)射天線向被測目標(biāo)發(fā)射微波，被測目標(biāo)反射的微波被接收天線接收。由于天線與待測界面的距離不同（因物位變化），接收天線接受到的微波功率也不一樣，可由接收到的功率的大小來反映物位的高度。在發(fā)射功率及兩天線的距離S為定值、其它有關(guān)參數(shù)不變的情況下，接收功率與天線距物位的距離d有關(guān)。測出接收功率即可求知距離d，從而能測得物位。(2)反射式物位計11

由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射（因泡沫、蒸汽粉塵、冷凝、貯罐內(nèi)部構(gòu)件反射等）,故測量的關(guān)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可用簡化的雷達方程表示如下：式中Pτ——天線輻射功率；

C——經(jīng)驗系數(shù)，由系統(tǒng)決定；Gi——目標(biāo)表面介電特性及面積決定的反射增益；Gt、Gk——天線的發(fā)射和接收增益（效率）；r——天線與目標(biāo)間距離。由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射（122.微波系統(tǒng)的分類

測距的微波系統(tǒng)通常分為兩類：脈沖雷達和調(diào)頻連續(xù)波雷達（FMCW）

脈沖雷達脈沖雷達技術(shù)用于較短距離的測量及物位測量。微波脈沖來回傳播時間t由下式?jīng)Q定：

式中a——天線到被測目標(biāo)的距離；

c——微波傳播速度。由于傳播距離較短，微波脈沖的傳播時間是納秒級的。2.微波系統(tǒng)的分類13

調(diào)頻連續(xù)波雷達

一個波幅恒定的線性鋸齒波或三角波調(diào)頻的微波信號從天線發(fā)射，并從目標(biāo)上反射回來，調(diào)頻的上升時間必須足夠長，以便在調(diào)制結(jié)束前反射信號能返回到接收器。在用于物位測量的雷達中，調(diào)頻產(chǎn)生在8～24GHz之間。被反射的微波信號在延時時間t后被接收，并和頻率已變化的發(fā)射信號混合。兩者的差頻被分離出來，假設(shè)物料表面是靜止的，則混頻器輸出信號的頻率正比于延時時間t，因而可據(jù)此計算天線到反射面的距離。用數(shù)字信號處理使之對同一變化方向上的突然相位變