微波传感器的应用

1、传感器应用技术课程设计标题微波传感器的应用声明学号医院(部门)电子电气工程学院半级导师职位叫教授2010年7月6日摘要信息微波传感器具有检测快、灵敏度高、适应环境、非接触测量的优点。其原理是发射天线发出的微波，接触主体后，被吸收或反射，电力发生变化。通过主体或主体反射的微波，将其转换为电信号，然后由测量电路处理，标记为测量，可以进行微波检测。本文介绍了微波传感器的原理和实现方法，介绍了微波传感器的结构、种类和应用。关键字：微波；传感器微波传感器原理；微波传感器应用Abstractmicrowave sensor with high detection speed，high sensitivit

2、y，Strong ability to adapt to the environment and has the advantages of non contantsif the receiving antenna through the analy te or analyte is refleted back by microwave，And convert it into electrical signals，and then processedKeywords:微波；Sensor；微波传感器打印机；Application of microwave sensor列表简介.11微波概述.12

3、微波传感器的原理和配置.22.1微波传感器测量原理和分类.22.1.1反射微波传感器.22.1.2屏蔽微波传感器.22.2微波传感器的配置.22.2.1微波振荡器和微波天线.22.2.2微波探测器.32.3传感器的特征.33.微波传感器的应用.33.1微波湿度传感器.43.2微波测厚仪.53.3微波辐射计(温度传感器).63.4微波测量移动物体的速度和距离.73.5微波无损检测.8结论.。9参考资料.10微波传感器的应用引言微波半导体器件和微波集成电路在雷达导航、电子对策等军事应用领域迅速扩大到微波中继通信、卫星通信、移动通信、无线电话、卫星直播电视、无线有线电视、安全防范等众多商业领域。这些

4、应用领域的发展占优势，前景广阔。应用的扩大，市场需求的增加，加快了微波半导体器件和微波炉集成电路品种的开发和性能的提高。微波半导体器件及微波集成电路生产也从多种小规模方式向密集、大规模方式快速发展。近年来，国外利用微波波段的电磁波特性开发了许多微波传感器，用于非电子参数的检测和无损检测，工作引起了人们的关注。微波传感器在许多场中非常有用，具有无接触、无损坏、连续、宴会时、远、无毒物、无环境污染、易于维护、低成本等多种优点。长期以来，传感器的电气检测技术基本上仅限于低频和光信号波数的两个频段，从整个电路参数、电压、电流的角度研究各种传感器的性能，它们之间的微波波段很少使用，从电磁波的角度看传感器

5、本论文的目的是引起对微波传感器这一新领域的关注。我们相信，随着这一领域的开拓和发展，传感器增加了新的分支和新的品种，也为微波半导体器件和微波集成电路打开了新的应用前景。1.微波概述微波可以细分为波长为1毫米到1米的电磁波三个波段(分米、利米波、毫米波)。电磁波与电磁波的特性和一般电波或光波的特性不同，是波长较长的电磁波。微波具有以下特征：定向辐射装置容易制造。遇到容易反射的各种障碍物。衍射能力下降。传输特性好，传输中烟、火焰、灰尘、眩光的影响小；介质对微波炉的吸收与介质的介电常数成正比，水的微波吸收最强。微波传感器的原理和组成2.1微波传感器测量原理和分类微波传感器利用微波特性检测特定物理量的

6、装置或装置。微波由发射天线发射，当微波撞击测量的物体时，微波功率会被吸收或反射，从而发生变化。使用接收天线，可以接收主体或主体反射的微波，将其转换为电信号，通过信号调理电路进行测量，从而实现微波检测。根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射和屏蔽两类。2.1.1反射微波传感器反射式微波传感器通过检测被摄体反射的微波功率或经过的时间间隔来测量。通常测量对象的位置、位移、厚度等参数。2.1.2阻挡式微波传感器阻塞微波传感器检测接收天线接收的微波功率大小，确定发送天线和接收天线之间是否存在被测试对象或被测量对象的厚度、含水量等参数。2.2微波传感器配置微波传感器一般由微波发射机(即微波振荡器)、

7、微波天线和微波探测器三部分组成。2.2.1微波振荡器和微波天线微波振荡器是产生微波的设备。微波波长很短(300mhz到300ghz)，振动电路需要很小的电感和电容器，因此不能用普通管和晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的设备包括速度调节管、磁控或某些固态设备，在小型微波振荡器中也可以使用主体效应管。微波振荡器产生的振荡信号必须使用铜线(10厘米以上的管道长度，可用同轴电缆)传输，并通过天线发射。要在发射的微波中具有尖锐的方向性，天线必须具有特殊的结构。常用天线包括喇叭型天线(图(a)、(b)、抛物线型天线(图(c)、(d)、媒体天线和间隙天线，如图1所示)。喇叭型天线结构简单，制造方便，可以

8、看作是波导延长线。喇叭型天线在导管和空间之间起到匹配作用，以实现最大能量输出。抛物面天线改善微波发射方向。图1常用微波天线(a)扬声器天线；(b)锥形喇叭天线；(c)旋转抛物面天线；(d)抛物线形圆柱天线2.2.2微波探测器由于空间中的小电场变化而传播，利用电流-电压特性，提出了非线性电子元件作为检测它的敏感探针。与其他传感器相比，敏感探针在工作频率范围内的响应速度必须足够快。作为非线性电子零件，在几兆赫以下的频率下，通常可以使用半导体PN联接，在频率较高的情况下，可以使用短键联接。在灵敏度特性要求特别高的情况下，可以使用超导材料的约瑟夫逊结探测器、SIS探测器等超导隧道结部件，而在接近光的频

9、率区域，可以使用由金属-氧化物-金属构成的隧道结部件。微波的检测方法有两种。一种是将微波转换为电流的图像变化方式，另一种是与本机振荡器一起使用，将频率转换为比微波低的外周方法。微波探测器性能参数包括频率范围、灵敏度-波长特性、检测区域、视角(FOV)、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、温度特性和抗干扰性。2.3传感器功能作为一种新型的非接触传感器，微波传感器具有以下特点：可以使用非常宽的频谱(波长=1.0mm 1.0 m)，并根据被测量对象的特性选择不同的测量频率。在烟雾、灰尘、水蒸气、化学气氛和高温、低温环境中对信号传播的影响很小，因此可

10、以在严酷的环境中工作。时间常数小，反应快，动态检测和实时处理，便于自动控制。测量信号本身是电信号，不需要非电量切换，因此传感器和微处理器之间的接口简化，便于遥测和远程控制。微波炉没有明显的辐射污染。微波传感器的主要问题是零点漂移和校准还没有很好地解决。第二，使用时外部环境因素对温度、气压、取样位置等有很大影响。微波传感器应用图2微波液位计3.1微波湿度传感器水分子是极性分子，正常地以偶极形式无序分布。在外部电场下，偶极形成方向阵列。极子在微波场中有水分子时，在场的作用下重复方向，继续从电场中获取能量(能量存储)，继续发射能量(能量释放)。前者是微波信号的相移，后者表示微波衰减。这个特性可以以水

11、分子本身的介电常数为特征=(公式1)格式：储能测量； 衰减测量；常数。不仅与和数据相关，还与测试信号频率相关，因此极性分子具有此特性。像木头、皮革、谷物、纸张、塑料等一般干燥物体，在1 5范围内，水的达到64 ，因此如果材料中含有少量水分子，复合将显着增加，也具有类似的特性。用微波传感器测量干燥的物体和含有一定水分的潮湿的物体所产生的微波信号的相移或衰减量，就可以转换物体的含水量。图3示出了MS产生的微波功率通过分布器分割成两条路，通过衰减器A1、A2测量注入两个相同转换器T1、T2的酒精含水量的方框图。其中T1放置无水酒精，T2放置测试的样品。相位和衰退分析器(PT，AT)分别反复连接两个电

12、路(T1和T2)的输出，自动记录和显示它们的相位差和衰退差异，从而确定样品酒精的含水量。图3酒精水分测定仪方框图3.2微波测厚仪微波测厚仪利用在传播过程中测量的物体的金属表面反射，反射波的波长和速度不变的特性测量厚度。微波测厚仪的原理是在如图4所示测量的金属物体的上、下、两侧表面分别安装终端。微波炉信号源发出的微波炉通过循环器a传输到顶部，从顶部到主体表面，电磁波反射主体表面的整个表面，然后再传输到顶部，通过传输管，循环器a，下降传输到底部。从下终端发射到主体的下表面的微波在上半场结束后返回到下终端，通过传输导管返回到循环机a。因此，主体的厚度与微波传输过程中的行程长度密切相关，随着主体厚度的增加，微波传输的行程长度减小。图4微波测厚仪原理图通常，微波传输的行程长度的变化很小。为了准确地测量这些微小变化，使用微波自动平衡桥方法，该方法通常使用前面描述的微波传输笔划作为测量臂，而测量手臂微波的传输笔划设置一个参考臂(图11-4右侧)。如果测量臂与参考臂笔划完全相同，则反射重叠的微波在检测器c检测后输出为0。两臂的行程长度不同，两个极短波重叠，不能相互抵消，通过检测器产生不平