常用传感器5微波传感器模板

掌握道路交通常用传感器的基本原理2、5微波传感器目录41.1传感器概述12351.2压电传感器1.3光电传感器1.4电涡流传感器1.5微波传感器671.6超声波传感器1.7图像传感器微波式传感器的优点：（1）测量具有非接触性，可以进行活体检验，大部分测量不需要取样。（2）快速、灵敏度高，捕捉信息快，可以进行动态检测和适时处理，进而实现自动控制。（3）能够适应恶劣坏境下的检恻。如高温、高压；有毒、放射性环境以及恶劣天气等。（4）测量信号本身就是电信号，无须进行非电量的转换，输出信号便于与计算机接口。5.2微波式传感器（5）输出信号可以方便地调制在载波信号上进行无线发射与接收，从而实现遥测与遥控。微波式传感器的缺点：（1）零点漂移和定标问题尚未获得较满意的解决。（2）使用受外界影响因素较多，如温度、压力、取样位置等。此外，一般价格昂贵。5.2微波式传感器微波式传感器应用微波式传感器用途：适用于宾馆、银行、办公楼、工厂等出入人员较多的自动门。一、微波的性质与特点二、微波振荡器与微波天线三、微波传感器及其应用5.2微波式传感器一、微波的性质与特点微波是波长为1mm~1m的电磁波，可以细分为三个波段：分米波、厘米波、毫米波（甚至还包括亚毫米波）。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。微波具有下列特点：①定向辐射装置容易制造；一、微波的性质与特点②遇到各种障碍物易于反射；③绕射能力差；④传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光的影响很小；⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。电磁波波段的划分二、微波振荡器与微波天线微波振荡器是产生微波的装置。由于微波波长很短，频率很高（300MHz~300GHz），要求振荡回路具有非常微小的电感与电容。故不能用普通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整管，磁控管或某些固体元件。二、微波振荡器与微波天线由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管（波长在10cm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，天线应具有特殊的结构。常用的有喇叭型天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等。二、微波振荡器与微波天线其中喇叭型天线结构简单，制造方便，可以看作是波导管的延续。喇叭型天线在波导管与敞开的空间之间起匹配作用，以获得最大能量输出。抛物面天线犹如凹面镜产生平行光一样，能使微波发射的方向性得到改善。微波天线的形式(a)(b)(c)(d)(a)扇形喇叭天线；(b)圆锥形喇叭天线；(c)旋转抛物面天线；(d)抛物柱面天线三、微波传感器及其应用1.微波传感器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。微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。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。三、微波传感器及其应用若利用接收天线，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式和遮断式两类。三、微波传感器及其应用（1）反射式微波传感器反射式微波传感器是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是通过检测接收天线收到的微波功率大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。三、微波传感器及其应用2.微波传感器的应用（1）微波液位计如图所示为微波液位计示意图。它由相互构成一定角度、相距为s的发射天线与接收天线构成。微波发射天线Sd微波接收天线波长为l的微波从被测液面反射后进入接收天线。接收天线接收到的功率将随被测液面的高低不同而异。接收天线接收到的功率为22rtt2r4)π4(dsGGPPl式中d——两天线与被测液面间的垂直距离；Pt——发射天线发射的功率；Gt——发射天线的增益；Gr——接收天线的增益。当发射功率、波长、增益均恒定时，只要测得接收到功率Pr，就可获得被测液面的高度d。三、微波传感器及其应用（2）微波物位计当被测物位较低时，发射天线发出的微波束全部由接收天线接收，接收天线接收到的功率为rtt20)π4(GGPsPl当被测物位升高到天线所在高度时，微波束部分被吸收，部分被反射，接收天线接收到的功率为0rPP式中，是由被测物形状、材料性质、电磁性能等因素决定的系数。导向微波式物位测量仪三、微波传感器及其应用（3）微波测厚仪如图所示，在被测金属上、下两面各安装一个终端器。微波信号源发出的微波，经环行器A，上传输波导管输到上终端器。由上终端器发射到被测金属上表面的微波，经反射后又回到上终端器，再经传输波导管，环行器A，下传输波导管送到下终端器。放大器C环行器A环行器B上终端器被测体下终端器补偿短路器微波信号源振动短路器可逆电机光电转换器显示器三、微波传感器及其应用由下终端器发射到被测金属下表面的微波，经反射后又回到下终端器，再经传输波导管回到环行器A。因此被测金属的厚度与微波传输过程中的电行程长度密切相关，即被测金属厚度增大时微波电行程长度将减小。三、微波传感器及其应用显然，这个电行程长度变化是十分微小的。为测量这一微小变化，通常采用微波自动平衡电桥。图中左边为测量臂，右边为参考臂。若测量臂和参考臂电行程完全相同，则反相迭加的微波经检波器检波后，输出为零，电桥平衡；若二者电行程长度不同，则反射回来的微波相位角不同，经反相迭加后不能互相抵消，经检波器检波后便有不平衡信号输出。三、微波传感器及其应用此差值信号经放大后控制可逆电机，使补偿短路器产生位移，改变参考臂的电行程，直到测量臂与参考臂电行程完全相同为止。补偿短路器位移与被测金属厚度增量之间的关系式为hLsLLLLL2,2,ABAABB三、微波传感器及其应用式中，LA、LB分别为测量臂和参考臂在电桥平衡时的电行程长度，且LA=LB；LA、LB为测量臂和参考臂电行程长度的变化值；h为被测金属厚度变化值，s为补偿短路器的位移。由上式可知，补偿短路器的位移s即为被测金属的厚度变化h。测出s，就可知道h或被测金属厚度。三、微波传感器及其应用（4）微波湿度传感器水分子是极性分子，常态下成偶极子形式杂乱无章地分布着。在外电场作用下，偶极子会形成定向排列。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，后者表现为微波信号的衰减。三、微波传感器及其应用这个特性可用水分子自身介电常数e来表征，即式中，e′、e″分别为储能和衰减的度量；a为常数。e′与e″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，如木材、皮革、谷物、纸张、塑料等，其e′在1~5范围内，而水的e′则高达64。eeea三、微波传感器及其应用因此，如果材料中含有少量水分子时，其复合e′将显著上升，e″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。一种德国生产的微波水分测定仪如图所示。三、微波传感器及其应用（5）微波传感器控制的自动灯电路图如图所示，其核心器件是RD627型微功率多普勒效应传感器模块。该模块由振荡器、发射器、检测器、信号放大器、限幅、稳压、延时等电路组成。三、微波传感器及其应用振荡器产生的微波信号，经环形天线发射出去，构成一个覆盖范围大于100m2的微波防护区，当有人在该区域内走动时，反射回来的微波信号产生频移，该信号经检测器处理后，再经放大，由6脚输出一种和人体移动相应的超低频信号。三、微波传感器及其应用SA1接通后，IC1加电处于守候状态。当有人来时，IC1的6脚输出信号，该信号放大后使IC2内部开关闭合，继电器J中有电流流过，驱动SA2闭合导通，灯泡ZD发光。当人走后，IC1的6脚无输出，IC2内部开关断开，继电器1释放，SA2断开，灯泡熄灭。如图所示。三、微波传感器及其应用（6）微波测定移动物体的速度和距离微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达能动地将微波发射到对象物，并接收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u运动的物体发射微波，则由于多普勒效应，反射波的频率fr发生偏移，如下式所示fr=f0+fD三、微波传感器及其应用式中fD是多普勒频移，并可表示为cffu0D2当物体靠近时，多普勒频率fD为正；远离时fD为负。接收机接收到的反射波的电压ue可用下式表示：crftffUuD00eeπ4)(π2sin三、微波传感器及其应用括号内的第二项是因电波在距离r上往返而产生的相位滞后。与来自发射机的参照信号Uesin(2pf0t)混合后，进行超外差检波，则可得到如下式那样的具有两频率之差，即fD的差拍频率的多普勒输出信号crftfUu0Dddπ4π2sin5.2.3微波传感器及其应用因此，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。为此考虑发射频率稍有不同的两个微波f1和f2，这两个波的反射波的多普勒频率也稍有不同。若测定这两个多普勒输出信号成分的相位差为f，则可利用下式求出距离r：)(π412ffcrf5.2.3微波传感器及其应用（7）微波无损检测微波无损检测是综合利用微波与物质的相互作用;一方面微波在不连续界面处会产生反射、散射、透射，另一方面微波还能与被检材料产生相互作用，此时的微波场会受到材料中的电磁参数和几何参数的影响。通过测量微波信号基本参数的改变即可达到检测材料内部缺陷的目的。检测框图如图所示。微波无损检测微波信号源移相器介质天线接收天线移相器微波检波器可变衰减器接收放大器记录仪稳压电源