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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,微波簡介,定義,波長很短的電磁波。具體指從1m到1cm的電磁波。,分類,分米波（波長從1m到10cm）,厘米波（波長從10cm 到1cm）,毫米波（波長從1cm到10mm）,亞毫米波（波長從1mm到紅外線）,特點,在微波段，不論從理論上還是從技術(shù)上

2、都與低頻和射頻電路迥然不同。,微波的產(chǎn)生,一、微波諧振腔的原理,在低頻電路中電磁振蕩是靠由電感L和電容C組成的振蕩回路在外電路提供的能量激發(fā)下產(chǎn)生的。振蕩頻率為,要產(chǎn)生f9MHz的微波，L0.016,H，C0.02pF，,一般電路元件的分布參數(shù)遠比振蕩回路所需之LC值大！,“諧振腔”是空心金屬圓柱體,電場全部集中在空腔內(nèi)部，沒有輻射損失,作為高頻電路的空腔內(nèi)表面積大增，電阻損 耗很小,“諧振腔”,理想的微波振蕩回路,反射式速調(diào)管振蕩器工作原理,電子槍,諧振腔,反射極,“制動空間”,速調(diào)管的構(gòu)造示意圖,速調(diào)管的工作過程,陰極,發(fā)射電子,諧振腔（陽極）,調(diào)制電子速度,在腔中激起感應(yīng)電流，在上下柵網(wǎng)

3、間產(chǎn)生交變電場，這個交變電場對穿越電子進行速度調(diào)制,把密度均勻的電子流變成疏密相間的電子團,控制電子團返回諧振腔的時機,調(diào)制電子密度,反射極（負電位）,微 波 傳 感 器,微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì),微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置,微波傳感器是一種新型非接觸式測量傳感器,微波是波長為1 mm1 m的電磁波，可以細分為三個波段。,10.2.1 微波傳感器的原理和組成,微波特點：,需要定向輻射裝置；,遇到障礙物容易反射；,繞射能力差；,傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較小；,介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水對微波的吸收作用最強。,微波傳感

4、器的測量原理及分類,原理：由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被測量，實現(xiàn)了微波檢測。,分類：分為反射式和遮斷式兩類。,1.反射式微波傳感器,反射式微波傳感器是通過,檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔,來測量被測量的。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。,2.遮斷式微波傳感器,遮斷式微波傳感器是通過,檢測接收天線收到的微波功率大小,來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度、含水量等參數(shù)的。,微波傳感器的組成,微

5、波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、微波天線及微波檢測器三部分組成。,1.微波發(fā)生器,是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，即頻率很高（300 MHz300 GHz），要求振蕩回路中具有非常微小的電感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有,調(diào)速管、磁控管,或,某些固態(tài)器件,，小型微波振蕩器也可以采用,體效應(yīng)管,。,2、,微波天線,由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的天線有喇叭形、拋物面形、介質(zhì)天線與隙縫天線等。,喇叭形天線結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可以看作是波導(dǎo)管的延續(xù)。喇叭形天線在波導(dǎo)管

6、與空間之間起匹配作用，可以獲得最大能量輸出。,拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。,常用的微波天線,扇形喇叭天線;(b)圓錐形喇叭天線;,(c)旋轉(zhuǎn)拋物面天線;(d)拋物柱面天線,3.微波檢測器,電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。,與其它傳感器相比，敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必須有足夠快的響應(yīng)速度。,作為非線性的電子元件可用種類較多（半導(dǎo)體PN結(jié)元件、隧道結(jié)元件等），根據(jù)使用情形選用。,微波傳感器的特點,一種新型的非接觸傳感器。,有極寬的頻譜（波長=1.0 mm1.0m）可供選用，可根據(jù)被測對象的特點選擇不同的測量頻率；,在煙霧

7、、粉塵、水汽、化學氣氛以及高、低溫環(huán)境中對檢測信號的傳播影響極小，因此可以在惡劣環(huán)境下工作；,時間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進行動態(tài)檢測與實時處理，便于自動控制；,測量信號本身就是電信號，無須進行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡化了傳感器與微處理器間的接口。,傳輸距離遠，便于實現(xiàn)遙測和遙控；,微波無顯著輻射公害。,缺點：微波傳感器存在的主要問題是,零點漂移和標定,尚未得到很好的解決。其次，測量環(huán)境對測量結(jié)果影響大，如溫度、氣壓、取樣位置等。,微波傳感器的應(yīng)用,微波液位計,微波濕度傳感器,水分子是極性分子。,當微波場中有水分子時，偶極子受場的作用而反復(fù)取向，不斷從電場中得到能量（儲能），又不斷釋放能量（放能）

8、，前者表現(xiàn)為微波信號的相移，后者表現(xiàn)為微波衰減。這個特性可用水分子自身介電常數(shù),來表征，即,=+,與不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有關(guān),所有極性分子均有此特性。一般干燥的物體，其在15范圍內(nèi)，而水的則高達64，因此如果材料中含有少量水分子時，其復(fù)合將顯著上升，也有類似性質(zhì)。,使用微波傳感器，測量干燥物體與含一定水分的潮濕物體所引起的微波信號的相移與衰減量，就可以換算出物體的含水量。,酒精含水量測量儀框圖,微波輻射計（溫度傳感器）,任何物體，當它的溫度高于環(huán)境溫度時，都能夠向外輻射熱能。微波輻射計能測量對象的溫度。普朗克公式在微波領(lǐng)域可近似為,微波溫度傳感器原理框圖,微波溫度傳感器最有價值的應(yīng)

9、用是微波遙測，將它裝在航天器上，可以遙測大氣對流層的狀況，可以進行大地測量與探礦，可以遙測水質(zhì)污染程度，確定水域范圍，判斷植物品種等。,微波無損檢測儀,微波物位計,微波定位傳感器,微波多普勒傳感器,微波測定移動物體的速度和距離是利用雷達能動地將電波發(fā)射到對象物，并接受返回的反射波的能動型傳感器。若對在距離發(fā)射天線為,r,的位置上以相對速度,v,運動的物體發(fā)射微波，則由于多卜勒效應(yīng)，反射波的頻率發(fā)生偏移，如下式所示：,式中,f,d,是多卜勒頻率,當物體靠近靶時,多卜勒頻率,f,d,為正；遠離靶時，,f,d,為負。輸入接收機的反射波的電壓可用下式表示：,因此，根據(jù)測量到的差拍信號頻率，可測定相對速

10、度。但是，用此方法不能測定距離。為此考慮發(fā)射波長（頻率）稍有不同的兩個電波,1,和,2,，這兩個波的反射波的多卜勒頻率也稍有不同。若測定這兩個多卜勒輸出信號成分的相位差為,，則可求出距離r：,1，聲發(fā)射檢測傳感器,（,玻璃破裂傳感器,）,材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱聲發(fā)射。各種材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超聲。多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。,其它類型的傳感器,案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測,2，生物傳感器,熱/光,電量,微生物/酶等,敏感元件,生物傳感器與其它傳感器是檢測對象中含生命物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同,生物傳感器分酶傳感器、微生物傳感器

11、、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器等。,2、環(huán)境監(jiān)測,3.醫(yī)學,應(yīng)用領(lǐng)域,1、發(fā)酵工業(yè)(,食品,),血糖乳酸測定流程,體育上耐力訓(xùn)練,德國研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀,手掌型葡萄糖(glucose)分析儀,工廠發(fā)酵車間化驗,員正在分析樣品,發(fā)酵工廠谷氨酸-葡萄糖分析,智能傳感器,傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、光、磁等）、化學量（如濃度、PH值等）、生物量（如細菌等）等的信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電信息的裝置。,智能傳感器是將傳感器與微型計算機集成在一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還具有認知能力。,嵌入式計算機,智能,傾角RS232,傳感器

12、,IC總線數(shù)字溫度傳感器,振動網(wǎng)絡(luò)傳感器,智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器,內(nèi)容總結(jié),微波簡介。把密度均勻的電子流變成疏密相間的電子團。微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì)。微波傳感器是利用微波特性來檢測某些物理量的器件或裝置。傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較小。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應(yīng)管。電磁波作為空間的微小電場變動而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測它的敏感探頭。作為非線性的電子元件可用種類較多（半導(dǎo)體PN結(jié)元件、隧道結(jié)元件等），根據(jù)使用情形選用。缺點：微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚未得到很好的解決。=+。與不僅與材料有關(guān)，還與測試信號頻率有關(guān),所有極性分子均有此特性。微波測定移動物體的速度和距離是利用雷達能動地將電波發(fā)射到對象物，并接受返回的反射波的能動型傳感器。輸入接收機的反射波的電壓可用下式表示：。智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器,