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1、定义波长很短的电磁波。具体指从1m到1cm的电磁波。分类分米波（波长从1m到10cm）厘米波（波长从10cm 到1cm ）毫米波（波长从1cm到10mm）亚毫米波（波长从1mm到红外线）特点在微波段，不论从理论上还是从技术上都与低频和射频电路迥然不同。1微波传感器其它传感器zqj课件微波的产生微波的产生一、微波谐振腔的原理 在低频电路中电磁振荡是靠由电感L和电容C组成的振荡回路在外电路提供的能量激发下产生的。振荡频率为要产生f9MHz的微波，L0.016H，C0.02pF，一般电路元件的分布参数远比振荡回路所需之LC值大！2微波传感器其它传感器zqj课件“谐振腔”是空心金属圆柱体电场全部集中在
2、空腔内部，没有辐射损失作为高频电路的空腔内表面积大增，电阻损 耗很小“谐振腔谐振腔” 理想的微波振荡回路理想的微波振荡回路3微波传感器其它传感器zqj课件反射式速调管振荡器工作原理反射式速调管振荡器工作原理电子枪谐振腔反射极“制动空间”速调管的构造示意图4微波传感器其它传感器zqj课件速调管的工作过程速调管的工作过程阴极发射电子谐振腔（阳极）调制电子速度在腔中激起感应电流，在上下栅网间产生交变电场，这个交变电场对穿越电子进行速度调制把密度均匀的电子流变成疏密相间的电子团控制电子团返回谐振腔的时机调制电子密度反射极（负电位）5微波传感器其它传感器zqj课件微 波 传 感 器微波作为一种电磁波，具
3、有电磁波的所有性质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微波传感器是一种新型非接触式测量传感器 微波是波长为1 mm1 m的电磁波，可以细分为三个波段。6微波传感器其它传感器zqj课件10.2.1 微波传感器的原理和组成微波特点：需要定向辐射装置；遇到障碍物容易反射；绕射能力差；传输特性好，传输过程中受烟雾、灰尘等的影响较小；介质对微波的吸收大小与介质介电常数成正比，如水对微波的吸收作用最强。7微波传感器其它传感器zqj课件 微波传感器的测量原理及分类微波传感器的测量原理及分类原理：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
4、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。 分类：分为反射式和遮断式两类。 8微波传感器其它传感器zqj课件 1. 反射式微波传感器反射式微波传感器 反射式微波传感器是通过检检测测被被测测物物反反射射回回来来的的微微波波功功率率或或经经过过的的时时间间间间隔隔来测量被测量的。通常它可以测量物体的位置、位移、厚度等参数。 2. 遮断式微波传感器遮断式微波传感器 遮断式微波传感器是通过检检测测接接收收天天线线收收到到的的微微波波功功率率大大小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厚度、 含水量等参数的。 9微波
5、传感器其它传感器zqj课件 微波传感器的组成微波传感器的组成 微波传感器通常由微波发生器（即微波振荡器）、 微波天线及微波检测器三部分组成。 1. 微波发生器微波发生器是产生微波的装置。由于微波波长很短，即频率很高（300 MHz300 GHz），要求振荡回路中具有非常微小的电感与电容，因此不能用普通的电子管与晶体管构成微波振荡器。 构成微波振荡器的器件有调调速速管管、磁磁控控管管或某某些些固固态态器器件件，小型微波振荡器也可以采用体效应管体效应管。 10微波传感器其它传感器zqj课件2、微波天线微波天线由微波振荡器产生的振荡信号通过天线发射出去。为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线要具有特
6、殊的结构。常用的天线有喇叭形、 抛物面形、 介质天线与隙缝天线等。 喇叭形天线结构简单，制造方便，可以看作是波导管的延续。喇叭形天线在波导管与空间之间起匹配作用，可以获得最大能量输出。抛物面天线使微波发射方向性得到改善。 11微波传感器其它传感器zqj课件 常用的微波天线(a)扇形喇叭天线; (b) 圆锥形喇叭天线; (b)(c) 旋转抛物面天线; (d) 抛物柱面天线 12微波传感器其它传感器zqj课件 3. 微波检测器微波检测器 电磁波作为空间的微小电场变动而传播，所以使用电流-电压特性呈现非线性的电子元件作为探测它的敏感探头。与其它传感器相比， 敏感探头在其工作频率范围内必须有足够快的响
7、应速度。作为非线性的电子元件可用种类较多（半导体PN结元件、隧道结元件等），根据使用情形选用。 13微波传感器其它传感器zqj课件 微波传感器的特点微波传感器的特点 一种新型的非接触传感器。 有极宽的频谱（波长=1.0 mm1.0m）可供选用，可根据被测对象的特点选择不同的测量频率； 在烟雾、 粉尘、 水汽、 化学气氛以及高、 低温环境中对检测信号的传播影响极小， 因此可以在恶劣环境下工作； 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； 14微波传感器其它传感器zqj课件 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。 传输距离
8、远，便于实现遥测和遥控； 微波无显著辐射公害。 缺点：微波传感器存在的主要问题是零零点点漂漂移移和和标标定定尚未得到很好的解决。 其次， 测量环境对测量结果影响大， 如温度、 气压、 取样位置等。 15微波传感器其它传感器zqj课件 微波传感器的应用微波传感器的应用 微波液位计微波液位计16微波传感器其它传感器zqj课件 微波湿度传感器微波湿度传感器 水分子是极性分子。当微波场中有水分子时，偶极子受场的作用而反复取向，不断从电场中得到能量（储能），又不断释放能量（放能），前者表现为微波信号的相移，后者表现为微波衰减。 这个特性可用水分子自身介电常数来表征， 即 =+ 17微波传感器其它传感器z
9、qj课件 与不仅与材料有关，还与测试信号频率有关, 所有极性分子均有此特性。一般干燥的物体，其在15范围内， 而水的则高达64， 因此如果材料中含有少量水分子时，其复合将显著上升， 也有类似性质。 使用微波传感器，测量干燥物体与含一定水分的潮湿物体所引起的微波信号的相移与衰减量， 就可以换算出物体的含水量。 18微波传感器其它传感器zqj课件 酒精含水量测量仪框图 19微波传感器其它传感器zqj课件微波辐射计（温度传感器）微波辐射计（温度传感器） 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。普朗克公式在微波领域可近似为 20微波传感器其它传感器zqj课件
10、 微波温度传感器原理框图 21微波传感器其它传感器zqj课件 微波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。 22微波传感器其它传感器zqj课件微波无损检测仪23微波传感器其它传感器zqj课件微波物位计24微波传感器其它传感器zqj课件微波定位传感器25微波传感器其它传感器zqj课件微波多普勒传感器微波多普勒传感器 微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达能动地将电波发射到对象物，并接受返回的反射波的能动型传感器。若对在距离发射天线为r的位置上以相对速度v运动的物体发射微波，则由于多
11、卜勒效应，反射波的频率发生偏移，如下式所示： 式中fd是多卜勒频率 26微波传感器其它传感器zqj课件 当物体靠近靶时, 多卜勒频率fd为正；远离靶时，fd为负。 输入接收机的反射波的电压可用下式表示： 27微波传感器其它传感器zqj课件因此，根据测量到的差拍信号频率，可测定相对速度。但是， 用此方法不能测定距离。为此考虑发射波长（频率）稍有不同的两个电波1和2，这两个波的反射波的多卜勒频率也稍有不同。 若测定这两个多卜勒输出信号成分的相位差为，则可求出距离r： 28微波传感器其它传感器zqj课件29微波传感器其它传感器zqj课件1 1，声发射检测传感器，声发射检测传感器 （玻璃破裂传感器玻璃
12、破裂传感器） 材材料料或或结结构构受受外外力力或或内内力力作作用用产产生生变变形形或或断断裂裂，以以弹弹性性波波形形式式释释放放出出应应变变能能的的现现象象称称声声发发射射。各各种种材材料料声声发发射射频频率率范范围围很很宽宽，从从次次声声、声声频频到到超超声声。多数金属的声发射频带在超声范围内。多数金属的声发射频带在超声范围内。其它类型的传感器其它类型的传感器30微波传感器其它传感器zqj课件案例：材料断裂等结构监测案例：材料断裂等结构监测31微波传感器其它传感器zqj课件2 2，生物传感器，生物传感器热热/ /光光电量电量微生物微生物/酶等酶等敏感元件敏感元件 生物传感器与其它传感器是检测
13、对象中含生命生物传感器与其它传感器是检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同物质。根据敏感物质不同, ,生物传感器分酶传感器、生物传感器分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。疫传感器等。32微波传感器其它传感器zqj课件2 2、环境监测、环境监测3.3.医学医学应用领域应用领域1 1、发酵工业、发酵工业( (食品食品) )33微波传感器其它传感器zqj课件血糖乳酸测定流程血糖乳酸测定流程体育上耐力训练体育上耐力训练34微波传感器其它传感器zqj课件德国研发的环境废水德国研发的环境废水BODBOD分析仪分析仪35微波传感器其它传
14、感器zqj课件手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(glucose)(glucose)分析仪分析仪36微波传感器其它传感器zqj课件工厂发酵车间化验工厂发酵车间化验员正在分析样品员正在分析样品发酵工厂谷氨酸发酵工厂谷氨酸- -葡萄糖分析葡萄糖分析37微波传感器其它传感器zqj课件智能传感器智能传感器 传感器一般指能够感知某种物理量（如电、传感器一般指能够感知某种物理量（如电、光、磁等）、化学量（如浓度、光、磁等）、化学量（如浓度、PHPH值等）、生物值等）、生物量（如细菌等）等的信息，并将该信息转化为电量（如细菌等）等的信息，并将该信息转化为电信息的装置。信息的装置。 智能传感器是将传感器与微型计算机集成在智能传感器是将传感器与微型计算机集成在一块芯片上，其主要特征是将敏感技术和信息处一块芯片上，其主要特征是将敏感技术和信息处理技术相结合，使其除了具有感知的本能外，还理技术相结合，使其除了具有感知的本能外，还具有认知能力。具有认知能力。38微波传感器其它传感器zqj课件嵌入式计算机嵌入式计算机智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度传感器总线数字温度传感器39微波传感器其它传感器zqj课件振动网络传感器振动网络传感器智能压力网络传感器智能压力网络传感器40微波传感器其它传感器zqj课件
