《傳感器與檢測技術(shù)》課件-7.1-4微波傳感器原理及應(yīng)用

微波傳感器原理及應(yīng)用01微波的性質(zhì)與特點0203微波傳感器的分類目錄微波傳感器的工作原理04微波傳感器的應(yīng)用

微波是波長為１～1000mm、頻率300MHz～300GHz的電磁波。它既有電磁波的特性，又與普通的無線電波及光波不同。特點：（1）可定向輻射，空間直線傳輸。（2）遇到各種障礙易于反射。（3）繞射能力差。（4）傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵、強光等影響很小。（5）介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強。微波廣泛用于液位、物位、厚度及含水量的測量。一、微波的性質(zhì)與特點二、微波傳感器的工作原理微波傳感器就是指利用微波特性來檢測一些非電量的器件和裝置。其原理是：由發(fā)射天線發(fā)射出微波，當(dāng)遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接受天線接收通過被測物或由被測物反射回來的微波，將它轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，顯示出被測量，上述過程就是微波檢測的過程。三、微波傳感器的分類

根據(jù)上述原理，微波傳感器可分為如下兩類。

（1）反射式微波傳感器

反射式微波傳感器就是指通過檢測被測物反射回來的微波功率的大小或經(jīng)過一定時間間隔來測量被測物的位置、厚度等參數(shù)。

（2）遮斷式微波傳感器

遮斷式微波傳感器是通過檢測接收天線接收到的微波功率的大小，來判斷發(fā)射天線與被測天線之間有無被測物或被測物的位置與含水量等參數(shù)。

與一般傳感器不同，微波傳感器的敏感元件可以認為是一個微波場。它的其他部分可視為一個轉(zhuǎn)換器和接收器，下圖為微波傳感器的構(gòu)成。

如果MS與T合二為一，稱為有源微波傳感器；如果MS與R合二為一，則稱為自振式微波傳感器。微波源MicrowaveSource轉(zhuǎn)換器Transducer接收器Receiver三、微波傳感器的分類四、微波傳感器的應(yīng)用

水分子是極性分子，常態(tài)下成偶極子形式雜亂無章的分布著。在外電場的作用下，偶極子定向的排列。當(dāng)水分子處于微波場中時，偶極子會在微波場的作用下反復(fù)取向，并不斷的從電場中得到能量（儲能），又不斷的釋放能量（放能），前者表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。這個特性可以用水分子自身介電常數(shù)來表征，即

(7-13)儲能的度量常數(shù)衰減的度量1.微波濕度（水分）傳感器8

微波液位計原理如下圖所示。相距為S的發(fā)射天線與接收天線，相互構(gòu)成一定角度，波長為λ的微波從被測液面反射后進入接收天線。接收天線接收到的功率PV為：

(7-14)接受天線的接受功率,單位W發(fā)射天線的功率接受天線的增益兩天線的間距離，單位m兩天線與被測表面間的垂直距離，單位m發(fā)射天線的增益2.微波液位計3.微波物位計

微波物位計的原理如右圖所示。當(dāng)被測物體位置較低時，發(fā)射天線發(fā)射的微波束全部由接收天線接收，經(jīng)檢波、放大與定電壓比較之后發(fā)出物體位置信號。當(dāng)被測物體位置升高到天線所在高度時，微波束部分被物體吸收，部分被反射，接收天線接收到的微波功率相應(yīng)減弱，經(jīng)檢波、放大、與定電壓比較，低于定電壓值，微波物位計就發(fā)出被測物體位置高出設(shè)定物位信號。4.微波測厚儀

微波測厚儀原理如圖7-20所示。這種測厚儀是利用微波在傳播過程中遇到被測物金屬表面被反射，且反射波的波長與速度都不變的特性進行厚度測量的。圖7-20微波測厚儀114.微波測厚儀

在被測金屬物體上下兩表面各安裝一個終端器。微波信號源發(fā)出的微波，經(jīng)過環(huán)行器A，經(jīng)上傳輸波導(dǎo)管傳輸?shù)缴辖K端器，由上終端器發(fā)射到被測金屬物體的上表面上，微波在這個表面被全反射后又回到上終端器，再經(jīng)傳輸導(dǎo)管、環(huán)行器A、下傳輸波導(dǎo)管傳輸?shù)较陆K端器。圖7-20微波測厚儀124.微波測厚儀

由下終端器發(fā)射到被測金屬體的下表面，微波在這個表面被全反射后又回到下終端器，再經(jīng)過傳輸波導(dǎo)管回到環(huán)行器A。因此被測物的厚度與微波傳輸過程中的行程長度有密切關(guān)系。圖7-20微波測厚儀135.微波定位傳感器

下圖為微波定位傳感器的原理圖。微波源（MS）發(fā)射的微波經(jīng)環(huán)行器（C）從天線發(fā)射出微波信號。當(dāng)物料遠離小孔（O）時，反射信號很小；當(dāng)物料移