微波传感器的原理简介

日期:2018/10/13 16:22:49

1、 微波的特质与特点

       微波是波长为1~ 1000mm的电磁波,它既具有电磁波的性质,又不同于普通无线电波和光波。微波相对于波长较长的电微波具有下列特点:

       1.定向辐射装置容易制造;

       2.遇到工作障碍物易于反射;

       3.绕射能力较差;

       4.传输性能良好,传输过程中受烟、火焰、灰尘、强光等的影响很??;

       5.介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例,水对微波的吸收能力最强。正是这些特点构成了微法检测的基础。

2、 微波振荡器与微波天线

       微波振荡器是产生微波的装置。由于微波很短、频率很高(300MHz~ 300GHz), 振荡回路具有非常微小酌电感与电容, 故不能用普通的电子管与晶体管构成微波振荡器。构成微波振满器的器件有:调速管、磁控管或某些固体元件。小型微波振荡器也可采用体效应管。

       由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(波长在1000cm 以上可用同轴线)传输,并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有尖锐的方向性,天线具有特殊的结构。常用的天线如图1所示、有喇叭形天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等。

       喇叭形天线结构简单,制造方便,可看作波导管的延续。喇叭形天线在波导管与敞开的空间之间起匹配作用以获得最大的能量输出。

       抛物面天线犹如凹面镜产生平行光,这样位微波发射的方向性得到改善。

图片1.png图片2.png图片3.png图片4.png

 Figure 1  常用微波天线

(a) 扇形喇叭天线    (b) 圆锥形喇叭天线  (c)旋转抛物面天线 (d) 抛物柱面天线

3、 微波传感器

       由发射天线发出的微波,遇到被测物时将被吸收或反射,使功率发生变化。若利用接收天线,接收通过被测物或由被测物反射回来的微波,并将它转换成电信号,再由测量电路测量和指示、就实现了微波检测过程。根据上述原理,微波检测传感器可分为反射式与遮断式两种。

       1、反射式传感器

       这种反射式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,来表达被测物的位置、厚度等参数。

       2、遮断式传感器

       这种遮断式传感器通过检测接收天线接收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线间有无被测物的位置与含水量等参数。

4、 微波的应用——物位计

       微波物位计,采用线性的调制的高频信号,一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。一种基于复杂数学公式的间接测量方法,由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制续高频微波信号并进行扫描,同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的差与到介质表面的距离成一定比例关系。

       如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为k,发射信号和反射信号的频率为rf;时间差为t发射天线到介质表面的距离为r,c为光速。那么我们可以得到: rt=2r/c

       由于采用的是调频的微波信号,因此我们可得: rf=k*rt;

两式合并后,

       r= c* rf/2k,根据这个公式,我们可以看到,天线到介质表面的距离r与发射频率和反射频率差rf成正比关系。

       信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理,得到混合信号频谱,并通过独立的快速傅立叶变化来区分不同的频率信号,最后得到准确地数字回波信号,计算出天线到介质表面的距离。

       目前市场上的微波物位计,主要有两种频率为主: 9~10GHz和24.5到25.5GHz。


上一篇 :没有了 下一篇 :H-CMS-STD产品问题答复集
69xxx