第11章微波传感器

1、第11章 微波传感器11.1微波概述微波概述11.2微波传感器的原理和组成微波传感器的原理和组成11.3微波传感器的应用微波传感器的应用 第第11章章 微波传感器微波传感器返回主目录第11章 微波传感器第第11章章 微波传感器微波传感器微波传感器：利用微波特性来检测一些物理量的器件 或装置。 用 途：对材料无损检测、物位检测、微波断层扫 描、温度遥测、探测人体癌变组织，探测运 动物体的速度、方向与方位等。 第11章 微波传感器11.1 微波概述微波概述微波微波：波长为1 mm1 m的电磁波。 可分为四个波段：分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。微波的性质：微波的性质：微波既具有电磁波的性质，又与

2、普通无线电波和 光波不同，是一种相对波长较长的电磁波。微波特点：微波特点： 可定向辐射的装置容易制造； 遇到各种障碍物易于反射； 绕射能力差； 传传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光的影 响很小； 介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的 吸收作用最强。第11章 微波传感器11.2 微波传感器的原理和组成微波传感器的原理和组成一、微波传感器的测量原理及分类一、微波传感器的测量原理及分类 反射式反射式 微波传感器分类：微波传感器分类： 遮断式遮断式1反射式微波传感器反射式微波传感器 通过检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔来测量被测量的。可以测量物体的位置、位移、厚度

3、等参数。2遮断式微波传感器遮断式微波传感器 通过检测接收天线收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或被测物体的位置、厚度、含水量等参数的。第11章 微波传感器二、微波传感器的组成二、微波传感器的组成 微波发射器(即微波振荡器) 微波天线 微波检测器第11章 微波传感器1微波振荡器及微波天线微波振荡器及微波天线微波振荡器：产生微波的装置。构成微波振荡器的器件：调速管、磁控管、固态器件、 体效应管。天线：微波振荡器产生的振荡信号通过天线发射出去。常用的天线：喇叭形天线、抛物面天线、介质天线、隙 缝天线等。第11章 微波传感器2微波检测器微波检测器 微波的检测方法：微波的检测方法

4、：将微波变化为电流的视频变化方式与本机振荡器并用使其变化为频率比微波低的外差法。微波检测器性能参数有：微波检测器性能参数有： 频率范围、灵敏度波长特性、检测面积、FOV(视角)、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。第11章 微波传感器 三、微波传感器的特点三、微波传感器的特点 有极宽的频谱有极宽的频谱(波长波长=1.0 mm1.0m)可供选用，可选择不同的可供选用，可选择不同的 测量频率；测量频率； 可以在高温、高压、有毒、有放射线等的恶劣环境下工作；可以在高温、高压、有毒、有放射线等的恶劣环境下工作； 时间常数小，检测

5、速度快，灵敏度高，便于动态检测与实时时间常数小，检测速度快，灵敏度高，便于动态检测与实时 处理；处理； 测量信号本身就是电信号，无须进行非电量的转换，便于实测量信号本身就是电信号，无须进行非电量的转换，便于实 现遥测和遥控；现遥测和遥控； 可实现非接触测量，微波无显著辐射公害。可实现非接触测量，微波无显著辐射公害。存在的问题：存在的问题： 零点漂移和标定未得到很好的解决，受外界因素的影响较多。第11章 微波传感器11.3 微波传感器的应用微波传感器的应用 接收天线接收到的功率Pr，为2224)4(dSGGPPrttr22122222244)4(4)4(dKKdSGGPdSGGPPrttrttr

6、rrPPkkd/21式中: d两天线与被测液面间的垂直距离； Pt、G t发射天线发射的功率和增益； G r接收天线的增益。式中: K1取决于波长、发射功率、天线增益的常数；K2取决于天线安装方法和安装距离的常数。 液面高度： 一、微波液位计一、微波液位计 第11章 微波传感器微波式雷达液位计微波式雷达液位计FMR130131E+H FMR130/131微波式雷达液位计应用于储罐、缓冲罐和过程罐非接触连续测量适用于易爆危险区应用。用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触连续测量，适用于温度、压力变化大、有惰性气体或蒸汽存在的场合。Micropilot采用微波脉冲（PTOF）的测量方法，并可在工

7、业频率波段范围内正常工作。波束能量低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。 第11章 微波传感器 被测物位低于设定物位时，接收天线接收的功率为 P0 = (4S)2Pt G t G r 被测物位升高到天线所在高度时，接收天线接收的功率为 Pr = P0 式中 : 由被测物形状、材料性质、电磁性能等因素决定的系数。二、微波开关式物位计二、微波开关式物位计第11章 微波传感器三、微波湿度（水分）传感器三、微波湿度（水分）传感器 式中：储能的度量； 衰减的度量； 常数。(11-1)第11章 微波传感器5E-MW微波水分测试仪微波水分测试仪 技术参数技术参数 1.测 样 数：8

8、个 2.测量范围：0.1100 % 3.测试时间：微波加热1530min 红外加热3060min 4.煤样重量：全水分912g、粒度6mm, 主要特点主要特点1采用微波的红外加热相结合的技术，适用各种煤样的全水 分的空气干燥水分的测定。2通过微波加热，水损失快，测试速度快，8个样品只需20min. 3有测试全水分和空干基水分的测试程序，供用户任意选择。 内置万分之一电子天平，测试全过程自动完成。 4采用单片机控制，能够存储1200个最新测试结果，两种固定格式报告单，红外烘烤功能，可测试不能用微波测试的物质，所以能适用更多的煤种。 第11章 微波传感器MMA30微波水分测定仪微波水分测定仪 MM

9、A30快速测量12100%水份含量的物品，平均只需40100秒。 可以对300个测量值进行统计 5.9”有背景光的液晶荧光显示屏 数字键直接输入样品标识和参数 菜单驱动，可输入字符 内置热敏打印机 用户自定义符合GLP的打印输出 第11章 微波传感器四、微波测厚仪四、微波测厚仪补偿短路器的位移S与被测物厚度变化h之间的关系式为 S = LB - (LA - LA) = LB - (LA - h) = h式中：LA电桥平衡时测量臂行程长度； LB电桥平衡时参考臂行程长度； LA被测物厚度变化h后引起的测量臂行程长度变化值； h被测物厚度变化； S补偿短路器位移值。第11章 微波传感器402),(CkTTL五、微波辐射计五、微波辐射计(温度传感器温度传感器)普朗克公式在微波领域可近似为(11-2) Ti输入(被测)温度 TC基准温度 C环行器， BPF带通滤波器 LNA低噪声放大器 IFA中频放大器 M混频器 LO本机振荡器 第11章 微波传感器六、微波测定移动物体的速度和距离六、微波测定移动物体的速度和距离)(412ffcr)42sin(0crftfUuDdd反射波的频率f r ： f r = f0 + f D (11-3) 式中：f D多普勒频率，并可表示为f D = cvf02 (11-4)输入接收机的反射波的电压u