微波传感器论文.docx

摘要微波传感器具有检测速度快、灵敏度高、适应环境能力强及非接触测量等优点。其原理是由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线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，再由测量电路处理后，即显示出被测量，就实现了微波检测。 本文论述了微波传感器原理及实现的技术途径，介绍了微波传感器的结构、种类和应用。 关键词：微波传感器 ；微波传感器原理 ； 微波传感器应用一、微波概述微波是波长为0.1 m～1mm的电磁波，对应的波段频率范围为300MHz~3000MHz可以细分为三个波段： 分米波段（300~3000MHz）、厘米波（3~30GHz）、毫米波（30~300GHz）及亚毫米波段（300~3000GHz）。微波既具有电磁波的性质，又不同于普通无线电波和光波的性质，是一种相对波长较长的电磁波。其重要特点有：①似光性和似声性。似光性：能像光线一样直线传播，容易集中。似声性：微波的波长与无线电设备尺寸相当。②分析方法的独特性。③共度性。电子在真空管的渡越时间（10?-9秒左右）与微波的振荡周期（10?-9~10?-15秒）相当的这一特性称为共度性。④穿透性 微波照射于介质物体时，能深入物质内部的特点称为穿透性⑤信息性⑥非电离性二、微波传感器（一）微波传感器的分类微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。由发射天线发出微波，此波遇到被测物体时将被吸收或反射，使微波功率发生变化。若利用接收天线，接收到通过被测物体或由被测物体反射回来的微波，并将它转换为电信号，再经过信号调理电路，即可以显示出被测量，实现了微波检测。 根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为：1、反射式2、遮断式两类。（二）、微波传感器的组成1、微波振荡器及微波天线由于微波波长很短，即频率很高（300 MHz～300 GHz），要求振荡回路中具有非常微小的电感与电容，构成微波振荡器的器件有调速管、磁控管或某些固态器件，小型微波振荡器也可以采用体效应管。由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管（管长为10 cm以上，可用同轴电缆）传输，并通过天线发射出去。2、微波检测器微波的检测方法有两种，一种是将微波变化为电流的视频变化方式，另一种是与本机振荡器并用而变化为频率比微波低的外差法。 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。（三）微波传感器的特点微波传感器作为一种新型的非接触传感器具有如下特点： ① 有极宽的频谱（波长=1.0 mm——1.0m）可供选用，可根据被测对象的特点选择不同的测量频率； ②可以在恶劣环境下工作； ③ 时间常数小，反应速度快，可以进行动态检测与实时处理，便于自动控制； ④ 测量信号本身就是电信号，无须进行非电量的转换，从而简化了传感器与微处理器间的接口，便于实现遥测和遥控；⑤ 微波无显著辐射公害。 三、微波传感器的应用（一）微波液位计相距为s的发射天线与接收天线，相互成一定角度。波长λ的微波信号从被测液面反射后进入接收天线。（二）微波测厚仪微波测厚仪原理如图4所示，在被测金属物体上下两表面各安装一个终端器。微波信号源发出的微波，经过环行器A、 上传输波导管传输到上终端器，由上终端器发射到被测物体上表面上，微波在被测物体上表面全反射后又回到上终端器，再经过传输导管、环行器A、下传输波导管传输到下终端器。由下终端器发射到被测物体下表面的微波，经全反射后又回到下终端器，再经过传输导管回到环行器A。（三）微波湿度传感器 MS产生的微波功率经分功率器分成两路，再经衰减器A1、A2分别注入到两个完全相同的转换器T1、T2中。其中，T1放置无水酒精，T2放置被测样品。相位与衰减测定仪（PT、AT）分别反复接通两电路（T1和T2）输出，自动记录与显示它们之间的相位差与衰减差，从而确定样品酒精的含水量。（四）微波辐射计任何物体，当它的温度高于环境温度时，都能够向外辐射热能。微波辐射计能测量对象的温度。图中Ti为输入（被测）温度Tc为基准温度，C为环行器，BPF为带通滤波器， LNA为低噪声放大器，IFA为中频放大器，M为混频器，LO为本机振荡器。温度传感器最有价值的应用是微波遥测，将它装在航天器上，可以遥测大气对流层的状况，可以进行大地测量与探矿，可以遥测水质污染程度，确定水域范围，判断植物品种等（五）微波无损检测微波无损检测系统主要由天线、微波电路、记录仪等部分组成，如图6所示。当以金属介质内的气孔作为散射源，产生明显的散射效应时，最小气隙的半径与波长的关