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微波传感器及其应用研究

编辑:东莞市百归智能有限公司时间:2018-01-25

1 前言
  微波是波长介于0.1m~1mm之间的电磁波,对应的波段频率范围为300MHz~ 3000GHz,分为分米波段(频率300~ 3000MHz)、厘米波段(频率3~ 30GHz)、毫米波段(30~ 300GHz)、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,是一种相对波长较长的电磁波。微波检测技术是在微波物理学、电子学和微波测量技术等基础上发展起来的一门新技术。
  2 微波传感器原理
  微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量,如物体的存在、运动速度、距离、浓度等信息。其工作原理为,由微波发射器定向发出微波信号,遇到被测物体时,微波信号部分被检测物体吸收,部分则被反射。利用接收天线接收被测物反射回来的微波信号,检测其电磁参数,再由测量电路处理,就实现了微波检测。
  根据微波传感器工作原理的不同,可以分为反射式微波传感器和遮断式微波传感器。前者的发射天线和接收天线常位于同一端,比较发射功率和接收功率以及微波信号折返时间、相位偏移等测量位置、位移、厚度等信息;后者的发射天线和接收天线常位于待检测物体两端,检测微波信号电磁参数判断发射天线和接收天线之间有无被测物体,以及检测被测物体的厚度等信息。
  3 微波传感器应用
  3.1 微波测距
  微波测距原理如图1所示,将微波发射器和微波接收器架设在相距为d的位置,发射器发出一定功率的微波信号,该微波信号发射到接收器时将有一部分功率损耗,微波接收天线接收到的微波功率大小即可换算出待测面和微波发射器的距离h。
  图1:微波测距原理
  3.2 微波探测器
  微波探测器是利用微波的多普勒效应来探测运动的物体:它是一种主动探测技术,利用反射波的频移程度与被测物体的运动速度有关的原理即多普勒效应来探测物体的运动。根据测量到的差拍信号频移,可测定相对速度。该技术在军用雷达和交通安全监控上已有广泛的应用,最新的应用领域则是利用多普勒微波探头做人体运动检测。
  图2:微波探测器
  3.3 微波测含水量
  常态下的水分子是杂乱无章分布着的,但是由于水分子是极性分子,在外电场的作用下,偶极子会形成定向排列。处于微波场中的水分子其偶极子受场作用反复改变方向,不断吸收能量(微波相移),又不断释放能量(微波衰减),不同湿度的被测物体引发的微波信号相移和衰减量不同,可以换算出被测物体的含水量。实际应用中,常使用功率分配器将功率微波信号分成两路,分别经过转换器注入被测样品和无水样品,比较他们之间的相位差和衰减差,从而确定样品含水量。
  3.4 微波探伤
  微波探伤即微波无损检测,是利用微波与被测物体表面相互作用,如反射、散射、透射以及电磁参数的变化实现的。复合材料制品中难免会出现气孔、疏松、 树脂开裂、分层、脱粘等缺陷。 这些缺陷在复合材料制品中的位置、尺寸以及在温度和外载荷作用下对产品性能的影响,可用微波无损检测技术进行评定。微波无损检测原理如图3所示。
  图3:微波无损检测原理
  3 结束语
  微波传感器主要涉及微波频率的变换、幅度、相位、品质因素等微波参数的测量。微波传感器普遍具有测量精度高,反应速度快、定向性好、非接触等优点,这使其应用领域非常广泛,现已发展为较成熟的测量检测技术。

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