微波传感器的应用PPT课件VIP

.第1、11章微波传感器、11.1微波概况11.2微波传感器的原理和构成11.3微波传感器的应用、2、11.1微波概况、微波：波长为0.1m1mm的电磁波(频率范围： 300MHZ3000GHZ )在3个波段微波的性质：电磁波的性质与普通电波和光波的性质不同，是波长较长的电磁波。 特征：光的性质和声音的性质-光线的直线传播、反射和折射，容易集中的波长相当于电波，特征类似于声波分析方法独特-高频，应用电磁场理论场合和波传输的分析方法共通性-微波的振荡周期为真空管内电子的渡越时间(秒左右) 相当于这个特性是共同通信性的蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子、蚊子等。 信息性-信息容量大、应用领域广的非电离性-微波与物体之间的作用是非电离性的，3，11.2微波传感器的原理和组成，11.2.1微波传感器的测量原理和分类测量原理：利用微波特性检测某物理量的器件和装置。 从发射天线发射微波，在该波碰到被测定物时被吸收或反射，改变微波的功率利用接收天线，接收被测定物或被测定物反射的微波，转换为电信号，通过信号调整电路显示被测定物，实现微波的检测分类：分为反射式和遮断式。 4、1 .反射型微波传感器反射型微波传感器：通过检测被测定物反射回来的微波的功率和经过的时间间隔来测定。 通常可以测量物体的位置、位移、厚度等参数。 2 .遮断式微波传感器遮断式微波传感器：通过检测接收天线接收的微波功率的大小，判断在发送天线与接收天线之间有无被测定物、被测定物的厚度、含水量等参数。5，11.2.2微波传感器的组成157348； 组成：微波发射器(微波振荡器)、微波天线及微波检测器三部分。 对卡卡卡卡卡卡卡、卡卡卡、卡卡、卡、卡、埃及、埃及、埃及、埃及、6振荡电路的要求：微波的波长短，即频率高(300MHz300GHz)要求振荡电路具有非常微小的电感和电容能够由通常的电子管和晶体管构成微波振荡器微波振荡器的组成部分：调速管、磁控管或几个固体部件，小型微波振荡器也可采用体效管。 6、微波天线：通过波导管(管长10cm以上，可利用同轴电缆)传输，从天线发射。 为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线需要具有特殊的结构。 作为一般的天线，如图11-1所示，有喇叭天线(图11-1 )、(b ) )、抛物线天线(图11-1 )、(d ) )、电介质天线或缝隙天线等。 喇叭天线结构简单，制造方便，可视为波导的延长。 喇叭天线在波导管与空间之间起匹配作用，可获得最大能量输出。 抛物面天线改善微波辐射定向性。 图11-1中常用的微波天线扇形喇叭天线(b )圆锥形喇叭天线(c )旋转抛物面天线(d )抛物柱天线，7，2 .微波检测器探测器：电磁波作为空间的微小电场变动传播，因此将电流-电压特性显示为非线性的电子部件用作探测器要求：足够快的响应速度。 与其它传感器相比，敏感探针在其工作频率范围内应当具有足够快的响应速度。 不同频率、不同要求所采用的探针元件：数兆赫以下半导体PN结，较高频率肖特基结。 在灵敏度特性要求特别高的情况下，采用了采用超导材料的约瑟夫森结检测器、SIS检测器等超导隧道结元件、由接近光的频域金属氧化物金属构成的隧道结元件。、8、2种微波的检测方法：一种是使微波变成电流的影像变化方式，另一种是与本机振荡器并用，使其变成比微波低的频率的外差法。 微波检测器的性能参数：频率范围、灵敏度-波长特性、检测面积、FOV (视场角)、输入耦合率、电压灵敏度、输出阻抗、响应时间常数、噪声特性、极化灵敏度、工作温度、可靠性、温度特性、耐环境性等。 9、9、9,11.2.3微波传感器的特征微波传感器是一种新型的非接触式传感器。 特点：具有非常宽的光谱(波长=1.0mm1.0m )，可根据被测量者的特征选择不同的测量频率适用于恶劣环境下的工作：对烟、粉尘、水蒸气、化学气氛及高、低温环境下的检测信号传播的影响极小，可在严酷环境下工作水对微波的吸收作用最强，介质与微波吸收介质的介电常数成正比， 10，自动控制容易：时间常数小，反应速度快，可动态检测和实时处理遥控器的实现容易：测量信号本身是电信号，不需要进行非电量转换， 传感器和微处理器之间的接口被简化，遥测和遥控器的实现变得容易微波是无显着放射公害。 微波传感器中存在的主要问题是零点漂移和标定不能很好地解决。 其次，温度、气压、取样位置等使用时环境因素的影响较多。 可卡可卡可卡可卡可卡可卡可卡可卡可卡可卡653接收天线接收的微波电力的大小根据被检液面的高低而不同。 12，11.3.2微波湿度传感器水分子在微波场的储存和释放水分子是极性分子，常态下以偶极子的形式杂乱分布。 外部电场作用下偶极子形成取向排列。 微波场中存在水分子时，偶极子受到场的作用反复取向，从电场中获得能量(储存)，表现为微波信号的相移，释放能量(能量)，表现为微波衰减。 该特性可以用水分子自身介电常数来表现，即=，(11-1) )铿铿锵锵锵锵. 衰减的测定57348； 常数。13、与材料、测试信号的频率有关，极性分子具有此特性。 一般干燥的物体，例如木材、皮革、谷物、纸、塑料等，在15的范围内，与此相对，水的高达64因此，材料中含有少量水分子时，其复合显着上升，也具有类似的性质。 e； 用微波传感器测量物体含水量：测量干物体和含有一定水分的潮湿物体的微波信号相移和衰减量，可以换算物体含水量。 14、图11-3测定酒精含水量的仪器框图。 工作原理：在MS产生的微波电力经由分电器被分成两部分，经由衰减器A1、A2被注入两个完全相同的转换器T1、T2。 其中，在T1放置无水酒精，在T2放置被测试样品。 相位和衰减测量仪(PT，AT )分别重复接通2个电路(T1和T2)的输出，自动记录并显示它们之间的相位差和衰减差，确定样本酒精的含水量。图11-3醇含水量测定器的框图、15、11.3.3微波厚度测定器：微波在传播中被测定物的金属表面反射，利用反射波的波长和速度不变的特性测定厚度。 作业步骤(图11-4 ) :在被测量金属体的上下两面各安装一个端子。 信号微波经由a、d传输到上终端器辐射到被测物体的上表面全反射返回到上终端器D、AE下终端器辐射到被测物体的下表面的微波全反射返回到下终端器EA。 因此，被测定物的厚度与微波传输中的行程长度有密切的关系，当被测定物的厚度增加时，微波传输的行程长度减少。上传输管d、下传输管e、图11-4微波测量器的原理图、16、17、微波自动平衡桥法-通常微波传输的行程长度的变化非常小。 微波自动平衡桥法通常用于正确测量这一微小变化。 将上述微波传输行程作为测量臂，完全模拟测量臂的微波传输行程，设置基准臂(图11-4右部)。 双臂行程完全相同反相重叠的微波由检波器c检波，输出为零。 双臂行程长度不同时双臂行程长度不同时双臂行程长度不同时通过检波器有不平衡信号输出时放大该信号来控制可逆电动机的旋转，使补偿短路器位移，直至放大器输出变为零，使可逆电动机不旋转为止补偿短路器图11-4微波测定器的原理图、图18、补偿短路器的位移与被测定物的厚度增加量的关系式为s=lb-(la-la)=lb-(la-h)=h、测定la-桥平衡时的臂行程长度57348； lb-桥平衡时的参考斗杆行程长度o； la-被测定物厚度变化h后引起的测定臂行程长度的变化值h-被测定物的厚度的变化； 57348； 补偿s-短路器的位移值。 补偿短路器位移值s是被测量物的厚度变化值h。19，11.3.4微波辐射计(温度传感器)卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡653微波辐射计可测量目标温度。 普朗克方程式在微波区域中可以近似为(11-2 )，并且在所述微波辐射计中检测来自物体的微波辐射亮度L(，t )。 因为该电信号输出与物体的放射率(，)和绝对温度的积成比例，所以微波放射计指示的温度不是物体的真实的温度，而是亮度温度=(，)。 20、微波温度传感器的原理框图。 Ti是输入(测量)温度，Tc是基准温度，c是循环器，BPF是带通滤波器，LNA是低噪声放大器，IFA是中频放大器，m是混频器，LO是本机振荡器。 57348； 微波温度传感器最有价值的应用微波遥测装载在航天器上，可遥测大气对流层的情况，可遥测大地测量和勘探，遥测水质污染程度，决定水域范围，判断植物品种等。 此外，图11-5微波温度传感器的原理框图，21、11.3.5微波测定移动物体的速度和距离自学微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达自动地向对象物发射电波、接收反馈的反射波的有源型传感器。 当微波从发射天线发射到在位置r处以相对速度v移动的物体时，多普勒效应使反射波的频率fr偏移如下： fr=f0 fD，其中fD是多普勒频率，并且可卡可卡可卡可卡可卡可卡目标远离该物体输入接收机反射波的电压ue由以下公式表示：(11-5 )，括号内的第二项是电波在距离r中往复引起的相位延迟。 由于若在接收机混合来自发送机的参照信号Uesin2f0t之后进行超外差检测，则具有fD差拍频率的多普勒输出信号得到(11-6 )、23式那样的2频率的差，因此可以根据测定的差拍信号频率测定相对速度。 但是，这种方法不能测量距离。 因此，若考虑放射频率稍有不同的两个电波f1和f2，则这两个波的反射波的多普勒频率也稍有不同。 将这两个多普勒输出信号成分的相位差测定为，综合利用微波与物质的相互作用，微波在不连续界面反射、散射、透过，另一方面，微波能够与被测材料相互作用，此时的微波场受材料中的电磁参数和几何参数的影响。 通过测量微波信号的基本参数变化，可以检测材料内部的缺陷。、25、采用微波无损检测技术评价复合材料制品，在工艺过程中增强了纤维表面状态、树脂粘度、低分子量物质含量、线性高分子化合物对体型高分子化合物的化学反应速度、树脂与纤维的浸渍性、成分材料的热膨胀系数不同以及工艺参数控制的影响等因素这些缺陷在复合材料制品中的位置、尺寸以及温度和外载作用对制品性能的影响，可以通过微波无损检测技术进行评价。26、微波无损检测系统构成(图11-6 ) :主要由天线、微波电路、记录仪等部分构成。 在以金属介质内的气孔为散射源，产生明显的散射效果的情况下，最小气孔