第11章微波傳感器

1、第11章 微波傳感器11.1微波概述微波概述11.2微波傳感器的原理和組成微波傳感器的原理和組成11.3微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用 第第11章章 微波傳感器微波傳感器返回主目錄第11章 微波傳感器第第11章章 微波傳感器微波傳感器微波傳感器：利用微波特性來(lái)檢測(cè)一些物理量的器件 或裝置。 用 途：對(duì)材料無(wú)損檢測(cè)、物位檢測(cè)、微波斷層掃 描、溫度遙測(cè)、探測(cè)人體癌變組織，探測(cè)運(yùn) 動(dòng)物體的速度、方向與方位等。 第11章 微波傳感器11.1 微波概述微波概述微波微波：波長(zhǎng)為1 mm1 m的電磁波。 可分為四個(gè)波段：分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波。微波的性質(zhì)：微波的性質(zhì)：微波既具有電磁波的性質(zhì)，又與

2、普通無(wú)線電波和 光波不同，是一種相對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波。微波特點(diǎn)：微波特點(diǎn)： 可定向輻射的裝置容易制造； 遇到各種障礙物易于反射； 繞射能力差； 傳傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、火焰、灰塵、強(qiáng)光的影 響很??； 介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的 吸收作用最強(qiáng)。第11章 微波傳感器11.2 微波傳感器的原理和組成微波傳感器的原理和組成一、微波傳感器的測(cè)量原理及分類一、微波傳感器的測(cè)量原理及分類 反射式反射式 微波傳感器分類：微波傳感器分類： 遮斷式遮斷式1反射式微波傳感器反射式微波傳感器 通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的微波功率或經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量被測(cè)量的?？梢詼y(cè)量物體的位置、位移、厚度

3、等參數(shù)。2遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器 通過(guò)檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物體或被測(cè)物體的位置、厚度、含水量等參數(shù)的。第11章 微波傳感器二、微波傳感器的組成二、微波傳感器的組成 微波發(fā)射器(即微波振蕩器) 微波天線 微波檢測(cè)器第11章 微波傳感器1微波振蕩器及微波天線微波振蕩器及微波天線微波振蕩器：產(chǎn)生微波的裝置。構(gòu)成微波振蕩器的器件：調(diào)速管、磁控管、固態(tài)器件、 體效應(yīng)管。天線：微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)通過(guò)天線發(fā)射出去。常用的天線：喇叭形天線、拋物面天線、介質(zhì)天線、隙 縫天線等。第11章 微波傳感器2微波檢測(cè)器微波檢測(cè)器 微波的檢測(cè)方法：微波的檢測(cè)方法

4、：將微波變化為電流的視頻變化方式與本機(jī)振蕩器并用使其變化為頻率比微波低的外差法。微波檢測(cè)器性能參數(shù)有：微波檢測(cè)器性能參數(shù)有： 頻率范圍、靈敏度波長(zhǎng)特性、檢測(cè)面積、FOV(視角)、輸入耦合率、電壓靈敏度、輸出阻抗、響應(yīng)時(shí)間常數(shù)、噪聲特性、極化靈敏度、工作溫度、可靠性、溫度特性、耐環(huán)境性等。第11章 微波傳感器 三、微波傳感器的特點(diǎn)三、微波傳感器的特點(diǎn) 有極寬的頻譜有極寬的頻譜(波長(zhǎng)波長(zhǎng)=1.0 mm1.0m)可供選用，可選擇不同的可供選用，可選擇不同的 測(cè)量頻率；測(cè)量頻率； 可以在高溫、高壓、有毒、有放射線等的惡劣環(huán)境下工作；可以在高溫、高壓、有毒、有放射線等的惡劣環(huán)境下工作； 時(shí)間常數(shù)小，檢測(cè)

5、速度快，靈敏度高，便于動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí)時(shí)間常數(shù)小，檢測(cè)速度快，靈敏度高，便于動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí) 處理；處理； 測(cè)量信號(hào)本身就是電信號(hào)，無(wú)須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，便于實(shí)測(cè)量信號(hào)本身就是電信號(hào)，無(wú)須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，便于實(shí) 現(xiàn)遙測(cè)和遙控；現(xiàn)遙測(cè)和遙控； 可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，微波無(wú)顯著輻射公害?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，微波無(wú)顯著輻射公害。存在的問(wèn)題：存在的問(wèn)題： 零點(diǎn)漂移和標(biāo)定未得到很好的解決，受外界因素的影響較多。第11章 微波傳感器11.3 微波傳感器的應(yīng)用微波傳感器的應(yīng)用 接收天線接收到的功率Pr，為2224)4(dSGGPPrttr22122222244)4(4)4(dKKdSGGPdSGGPPrttrttr

6、rrPPkkd/21式中: d兩天線與被測(cè)液面間的垂直距離； Pt、G t發(fā)射天線發(fā)射的功率和增益； G r接收天線的增益。式中: K1取決于波長(zhǎng)、發(fā)射功率、天線增益的常數(shù)；K2取決于天線安裝方法和安裝距離的常數(shù)。 液面高度： 一、微波液位計(jì)一、微波液位計(jì) 第11章 微波傳感器微波式雷達(dá)液位計(jì)微波式雷達(dá)液位計(jì)FMR130131E+H FMR130/131微波式雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用于儲(chǔ)罐、緩沖罐和過(guò)程罐非接觸連續(xù)測(cè)量適用于易爆危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)用。用于對(duì)液體、漿料及顆粒料的物位進(jìn)行非接觸連續(xù)測(cè)量，適用于溫度、壓力變化大、有惰性氣體或蒸汽存在的場(chǎng)合。Micropilot采用微波脈沖（PTOF）的測(cè)量方法，并可在工

7、業(yè)頻率波段范圍內(nèi)正常工作。波束能量低，可安裝于各種金屬、非金屬容器或管道內(nèi)，對(duì)人體及環(huán)境均無(wú)傷害。 第11章 微波傳感器 被測(cè)物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為 P0 = (4S)2Pt G t G r 被測(cè)物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率為 Pr = P0 式中 : 由被測(cè)物形狀、材料性質(zhì)、電磁性能等因素決定的系數(shù)。二、微波開關(guān)式物位計(jì)二、微波開關(guān)式物位計(jì)第11章 微波傳感器三、微波濕度（水分）傳感器三、微波濕度（水分）傳感器 式中：儲(chǔ)能的度量； 衰減的度量； 常數(shù)。(11-1)第11章 微波傳感器5E-MW微波水分測(cè)試儀微波水分測(cè)試儀 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 1.測(cè) 樣 數(shù)：8

8、個(gè) 2.測(cè)量范圍：0.1100 % 3.測(cè)試時(shí)間：微波加熱1530min 紅外加熱3060min 4.煤樣重量：全水分912g、粒度6mm, 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)1采用微波的紅外加熱相結(jié)合的技術(shù)，適用各種煤樣的全水 分的空氣干燥水分的測(cè)定。2通過(guò)微波加熱，水損失快，測(cè)試速度快，8個(gè)樣品只需20min. 3有測(cè)試全水分和空干基水分的測(cè)試程序，供用戶任意選擇。 內(nèi)置萬(wàn)分之一電子天平，測(cè)試全過(guò)程自動(dòng)完成。 4采用單片機(jī)控制，能夠存儲(chǔ)1200個(gè)最新測(cè)試結(jié)果，兩種固定格式報(bào)告單，紅外烘烤功能，可測(cè)試不能用微波測(cè)試的物質(zhì)，所以能適用更多的煤種。 第11章 微波傳感器MMA30微波水分測(cè)定儀微波水分測(cè)定儀 MM

9、A30快速測(cè)量12100%水份含量的物品，平均只需40100秒。 可以對(duì)300個(gè)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 5.9”有背景光的液晶熒光顯示屏 數(shù)字鍵直接輸入樣品標(biāo)識(shí)和參數(shù) 菜單驅(qū)動(dòng)，可輸入字符 內(nèi)置熱敏打印機(jī) 用戶自定義符合GLP的打印輸出 第11章 微波傳感器四、微波測(cè)厚儀四、微波測(cè)厚儀補(bǔ)償短路器的位移S與被測(cè)物厚度變化h之間的關(guān)系式為 S = LB - (LA - LA) = LB - (LA - h) = h式中：LA電橋平衡時(shí)測(cè)量臂行程長(zhǎng)度； LB電橋平衡時(shí)參考臂行程長(zhǎng)度； LA被測(cè)物厚度變化h后引起的測(cè)量臂行程長(zhǎng)度變化值； h被測(cè)物厚度變化； S補(bǔ)償短路器位移值。第11章 微波傳感器402),(CkTTL五、微波輻射計(jì)五、微波輻射計(jì)(溫度傳感器溫度傳感器)普朗克公式在微波領(lǐng)域可近似為(11-2) Ti輸入(被測(cè))溫度 TC基準(zhǔn)溫度 C環(huán)行器， BPF帶通濾波器 LNA低噪聲放大器 IFA中頻放大器 M混頻器 LO本機(jī)振蕩器 第11章 微波傳感器六、微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離六、微波測(cè)定移動(dòng)物體的速度和距離)(412ffcr)42sin(0crftfUuDdd反射波的頻率f r ： f r = f0 + f D (11-3) 式中：f D多普勒頻率，并可表示為f D = cvf02 (11-4)輸入接收機(jī)的反射波的電壓u