反射式微波传感器
微波传感器的工作原理
微波传感器的工作原理介绍微波传感器是一种常用的无线传感器技术，可以用于测量、检测、探测物体的位置、距离、速度和方向等。
它通过发射和接收微波信号来实现对目标的探测和测量，具有高精度、高灵敏度和无线传输的优势。
工作原理微波传感器的工作原理基于微波信号的传播和反射特性。
它主要包括以下几个部分：发射器、接收器和信号处理器。
发射器发射器是微波传感器的核心组件，它负责产生和发射微波信号。
发射器通常使用固态射频器件，通过射频电路将电能转换为微波能量，并将其输出到空间中。
接收器接收器是微波传感器的另一个重要组成部分，它用于接收反射的微波信号。
接收器通常使用微波天线来接收微波信号，并将其转换为电信号。
信号处理器信号处理器负责对接收到的微波信号进行处理和分析。
它可以提取出目标物体的位置、距离、速度和方向等信息，并将其输出给其他系统进行进一步分析和处理。
工作过程微波传感器的工作过程可以分为发射、接收和信号处理三个阶段。
1.发射阶段：发射器产生并发射微波信号。
2.接收阶段：微波信号经过空间传播并被目标物体反射，接收器接收到反射的微波信号。
3.信号处理阶段：信号处理器对接收到的微波信号进行处理和分析，提取目标的相关信息。
优点和应用微波传感器具有以下优点： - 高精度：微波信号的波长较短，可以实现对目标的精确定位和测量。
- 高灵敏度：微波传感器对目标的反射信号非常敏感，可以有效地检测目标的存在和运动。
- 无线传输：微波传感器可以通过无线方式传输信号，方便安装和布线。
微波传感器广泛应用于以下领域： 1. 安防监控：微波传感器可以用于监控区域内的人员和物体的移动情况，实现安全监控和报警功能。
2. 距离测量：微波传感器可以测量目标物体与传感器之间的距离，常用于自动门、自动灯光控制等场景。
3. 跟踪定位：微波传感器可以跟踪目标物体的位置和运动轨迹，适用于无人车、智能导航等应用。
4. 无线通信：微波传感器可以用于实现无线通信，如无线充电、近场通信等。
微波探头原理
微波探头原理
微波探头是一种常用的传感器，用于测量微波信号的强度、频率和相位。
它的工作原理基于微波与探头之间的相互作用。
微波探头通常由具有特定形状和尺寸的金属导体制成。
当微波信号通过探头时，探头会对微波信号产生影响。
这种影响可以通过测量探头反射、透射或吸收微波信号的变化来分析。
在微波探头中，常用的测量方法包括反射法和透射法。
在反射法中，微波信号被发送到探头上，一部分信号被反射回来并经过测量。
通过比较发送信号和反射信号的差异，可以推断出微波信号的强度、频率和相位。
在透射法中，微波信号被发送到探头上，一部分信号通过探头并经过测量。
通过比较发送信号和透射信号的差异，可以推断出微波信号的强度、频率和相位。
除了反射和透射，微波探头还可以利用微波信号对材料的吸收来测量微波信号的特性。
当微波信号通过被测物体时，信号会被吸收或衰减。
通过测量微波信号的强度变化，可以推断出被测物体的特性。
总的来说，微波探头通过测量微波信号与探头之间的相互作用来实现对微波信号的测量。
通过反射、透射或吸收等方法，可以推断出微波信号的强度、频率和相位，从而实现对微波信号的分析和测量。
第7章 波式传感器
v2 c v cos
超声波顺流与逆流传播的时间差为
d / sin d / sin 2dv cot t t 2 t1 2 c v cos c v cos c v 2 cos 2
c 2dv v tan t t 2 cot 2d c 2 2 则体积流量约为 QV d v dc tan t 4 8
5. 超声波在介质中的衰减
超声波在介质中传播时，由于声波的散射或漫射及吸收 等会导致能量的衰减，随传播距离的增加，声波的强度逐渐 减弱。以固体介质为例，设超声波入射介质时的强度为I0， 通过厚度为δ的介质后的强度为I，衰减系数为A。
介质中的能量衰减程度与超声波 和介质密度有很大关系。气体的密度 很小，因此衰减很快，尤其对于高频 率超声波而言，衰减更快。 因此，在空气中测量时，要采用 较低频率的超声波，一般低于数十 kHz，而在固体中则应该采用频率高 的超声波，一般应该在MHz数量级以 上。
超声波探伤
超声波探伤是 目前应用十分广泛 的无损探伤手段。 它既可检测材料表 面的缺陷，又可检 测内部几米深的缺 陷，这是x光探伤 所达不到的深度。
裂纹
A型超声探伤 反射波形
（2）横波探伤法
用斜探头进行探伤的方法称横波探伤法。超声波的一个 显著特点是：超声波波束中心线与缺陷截面积垂直时，探测 灵敏度最高。 如遇到如图7-7中所示的斜向缺陷时，用直探头虽然能 探测出缺陷的存在，但并不能真实反映缺陷的大小。如用斜 探头探测，探伤的效果良好。因此在实际应用中，应该根据 不同缺陷的性质、取向采用不同的探头进行探伤。有些工件 的缺陷性质、取向事先不能确定，为了保证探伤质量，则应 该采用不同种类的探头进行多次探测。
I I 0e
微波传感器
赣冠教育研究产业集团©1984-微波对许多发芽率低或发芽慢的农作物或林术种子都 作了催芽试验， 以探索能否提高发芽率。种子含水量 对处理效果有明显影响， 一般说来， 低含水率种子 受加热处理的影响大， 也能忍受较高温度不致受损。 微波具有显著热效应，而且有促进G0细胞进入增殖周 期（Carpita．N．C．& Murray W.N;1976）。
1．1．3 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方 面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随 之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连 续化生产的需要。
赣冠教育研究产业集团©1984-2008
1．2 微波的生物效应机制 当微波作用于生物体时，在生物控制系统的作用和调节下，生物体必然要 建立新的平衡状态以适应外界电磁环境条件的变化，因此也就必然产生某 些生物效应．微波的生物效应主要是由微波的热效应，其次是非热效应所 引起的． 1．2.1 微波的热效应 微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体 产生的生理影响．热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用 下反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动 能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加．如果 生物体组织吸收的微波能量较少，它可借助自身的热调节系统通过血循环 将吸收的微波能量(热量)散发至全身或体外．如果微波功率很强，生物组织 吸收的微波能量多于生物体所能散发的能量，则引起该部位体温升高．局 部组织温度升高将产生一系列生理反应，如使局部血管扩张，并通过热调 节系统使血循环加速，组织代谢增强，白细胞吞噬作用增强，促进病理产 物的吸收和消散等．
环境的含盐量和碱性对种子发芽率的影响处于次要地位，而且无显著性； 优选条件下种子的发芽率比对照组明显提高。 P．Reddy与D.J．Myeoek （2000）应用非破坏性的有效微波照大豆种子30秒钟对种子的生存力、活性 有促进作用但对细胞和细胞器结构没有影响。
微波传感器的原理及应用
微波传感器的原理及应用1. 微波传感器的基本原理•微波传感器是一种利用微波进行非接触式检测的技术，通过检测微波的变化来获取目标物体的信息。
•微波传感器的工作原理基于微波的反射和吸收特性，当微波射向目标物体时，一部分微波被目标物体吸收，一部分则被目标物体反射回来。
•传感器通过接收反射回来的微波，可以获取目标物体的距离、运动速度、形状等信息。
2. 微波传感器的工作原理解析•微波传感器发射一束微波，这束微波会与目标物体进行交互。
•当目标物体靠近传感器时，微波的反射时间会减少，传感器能够检测到目标物体的距离。
•当目标物体移动时，微波的频率会发生变化，传感器可以通过测量频率变化来检测目标物体的速度。
•传感器还可以通过分析微波的反射图案来获取目标物体的形状信息。
3. 微波传感器的应用领域• 3.1 家庭安防系统–微波传感器可以用于家庭安防系统中，通过检测房间内的微波反射和吸收情况，可以判断是否有陌生人进入房间。
–在出现可疑情况时，传感器可以触发报警系统，保护家庭的安全。
• 3.2 自动门–微波传感器可以用于自动门系统中，当有人靠近门时，传感器可以感知到，并自动打开门。
–这种应用方式方便了行人的进出，提高了门的使用便利性。
• 3.3 车辆避障系统–微波传感器可以用于车辆避障系统中，通过检测前方障碍物的距离和形状，可以帮助驾驶人员避免碰撞。
–这种应用方式提高了车辆行驶的安全性，并减少了事故的发生率。
• 3.4 无人机导航–微波传感器可以用于无人机导航系统中，通过检测周围环境的距离和形状，可以帮助无人机避免障碍物，并自动规划飞行路径。
–这种应用方式提高了无人机的飞行安全性，并提升了导航的准确性。
4. 微波传感器的优势和不足4.1 优势•非接触式检测：微波传感器可以实现非接触式的检测，无需与目标物体直接接触，减少了对目标物体的干扰。
•高灵敏度：微波传感器对微小的变化非常敏感，可以探测到微弱的微波信号，提高了检测的准确性。
微波传感器的原理及应用
微波传感器的原理及应用【摘要】微波传感器是利用微波的传输性能好、易反射、被吸收功率易测量等特点，用专门的微波振荡器来产生微波，特定的天线收发微波，在实际生产生活中用来测量被测物的距离、厚度、传输媒介性质等许多应用。
【关键词】微波传感器反射式遮断式一、微波的基础知识1、微波的性质与特点微波是波长为1,1000mm的电磁波，它既具有电磁波的性质，又不同于普通无线电波和光波。
微波相对于波长较长的电磁波具有下列特点:1(定向辐射装置容易制造;2(遇到工作障碍物易于反射;3(绕射能力较差;4(传输性能良好，传输过程中受烟、火馅、灰尘、强光等的影响很小;5(介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收能力最强。
正是这些特点构成了微波检测的基础。
2、微波振荡器与微波天线微波振荡器是产生微波的装置。
由于微波很短，频率很高(300MHz,300GHz)，振荡回路具有非常微小酌电感与电容，故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速管、磁控管或某些固体元件。
小型微波振荡器也可采用体效应管。
由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(波长在1000cm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，天线具有特殊的结构。
常用的天线如图1所示，有喇叭形天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等。
喇叭形天线结构简单，制造方便，可看作波导管的延续。
喇叭形天线在波导管与敞开的空间之间起匹配作用以获得最大的能量输出。
抛物面天线犹如凹面镜产生平行光，这样位微波发射的方向性得到改善。
图1 常用微波天线(a) 扇形喇叭天线 (b) 圆锥形喇叭天线(c) 旋转抛物面天线 (d) 抛物柱面天线二、微波传感器由发射天线发出的微波，遇到被测物时将被吸收或反射，使功率发生变化。
若利用接收天线，接收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，再由测量电路测量和指示，就实现了微波检测过程。
微波传感器的原理及应用
参考文献：
《传感器原理及技术》作者：孟立凡，郑斌国防工业出版社2005.01版
图2微波液位计
2、微波物位计
图3所示为微波开关式物位计示意图。当波长物位较低时，发射天线发出的微波束全部由天线接收，经检波、放大、与定电压比较器比较后，发出正常的工作信号。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相应减弱，经检波、放大后，低于定电压信号，微波液位计发出被测物位高出设定物位的信号。
图4微波测厚仪原理图
显然，微波传输过程中的电行程变化是非常微小的。为了测量这一微小的变化，通常采用微波自动平衡电桥构成一个参考臂，完全模拟测量臂微波的传输过程(图4中的右边部分)。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被器检波后，输出为零：若两者电行程长度不同，则反射回来的微波其相位角不同，经反向迭加后不能抵消，经检被器检波后便有不平衡信号输出。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，改变补偿短路器的长度，直到测量臂电行程完全相同为止。
补偿短路器的位移△S与被测金属厚度增加量△h间的关系ห้องสมุดไป่ตู้为
…………………………..式5
式中 ， ――分别为测量臂和参考臂在电桥平衡时的电行程长度；
——测量臂由于被测金属厚度变化 后引起的电行程长度变化值；
——被测金属厚度变化值。
由式5可如，被测短路器的 值即为被测金属的厚度变化值 。利用光电转换器测出 值，即可由显示器显示 值后直接显示被测金属厚度。图中所示振动短路器用以对微波进行调制，使检波器输出交流信号，其相位随测量臂和补偿臂电行程长度的差值变化作反向变化，可控制可逆电机产生正反向转动，使电桥自动平衡。
微波传感器工作原理
微波传感器工作原理
微波传感器是一种利用微波信号进行测量和检测的传感器。
它的工作原理是利用微波信号的特性，通过发射和接收微波信号来实现对目标物体的检测和测量。
微波传感器的发射器会发射一定频率的微波信号，这些信号会在空气中传播并被目标物体反射回来。
接收器会接收到这些反射回来的微波信号，并将其转换成电信号。
通过分析这些电信号的特征，可以确定目标物体的位置、距离、速度等信息。
微波传感器的工作原理基于微波信号的特性，其中最重要的特性是微波信号的频率和波长。
微波信号的频率通常在几百兆赫兹到几千兆赫兹之间，波长则在几毫米到几厘米之间。
这种高频率和短波长的信号可以穿透一些物体，如玻璃、塑料等，但会被其他物体反射或吸收。
因此，微波传感器可以用于检测和测量一些难以被其他传感器检测到的物体，如玻璃、液体、粉末等。
它还可以用于测量目标物体的速度和方向，如车辆、人员等。
微波传感器的应用非常广泛，包括安防监控、智能家居、交通管理、医疗设备等领域。
在安防监控领域，微波传感器可以用于检测入侵者、监测人员活动等；在智能家居领域，微波传感器可以用于控制灯光、空调等设备；在交通管理领域，微波传感器可以用于测量车
辆速度、车流量等；在医疗设备领域，微波传感器可以用于检测人体呼吸、心跳等生理信号。
微波传感器是一种非常重要的传感器，它的工作原理基于微波信号的特性，可以用于检测和测量一些难以被其他传感器检测到的物体，具有广泛的应用前景。
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→不能用普通的电子管与晶体管构成微波振荡器。
微波振荡器的构成器件：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。
第11章 微 波 传 感 器 微波天线：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。为了使发射的微波具有尖锐的
方向性，天线要具有特殊的结构。常用的天线如图11-1所示，其中有喇 叭形天线（图（a） 、（b））、 抛物面天线（图（c）、（d））、 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
厚度、 含水量等参数的。
第11章 微 波 传 感 器 11.2.2 组成：微波发射器（即微波振荡器）、 微波天线及微波检测器 三部分。 1. 微波振荡器及微波天线 微波振荡器：是产生微波的装置。 对振荡回路的要求：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
物面天线使微波发射方向性得到改善。
图11-1 常用的微波天线 (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
(a)
(b)
(c)
(d)
第11章 微 波 传 感 器
2. 微波检测器
敏感探头：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。 要求：足够快的响应速度。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应速度。 不同频率、不同要求下采用的探头元件： 几兆赫以下—半导体PN结， 频率比较高的—使用肖特基结。 灵敏度特性要求特别高的情况下—使用超导材料的约瑟夫逊结 检测器、SIS检测器等超导隧道结元件， 接近光的频率区域 —使用由金属-氧化物-金属构成的隧道结元 件。
第11章 微 波 传 感 器
两种微波的检测方法：—
一种是将微波变化为电流的视频变化方式，
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： 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。
3000GHZ），可以细分为三个波段： 分米波、厘米波、毫米波。
特点：
① 似光性和似声性---像光线一样直线传播、反射和折射、易集中；波长 与无线电波相当，特征与声波相似；
② 分析方法独特---属高频，应用电磁场理论的场与波传输的分析方法；
③ 共度性---其微波振荡周期与电子在真空管内的渡越时间（10 -9 秒左右） 相当，这个特性称为共度性； ④ 穿透性---传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光的影响 很小，水对微波的吸收作用最强。； ⑤ 信息性---信息容量巨大，应用领域广泛； ⑥ 非电离性---微波与物体之间的作用是非电离
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图11-2 微波液位计
第11章 微 波 传 感 器 11.3.2
水分子在微波场中的储能与释能—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）—表现为微波信号 的相移，又不断释放能量（放能）—表现为微波衰减。 这个特性可用水分子自身介电常数ε来表征， 即
好的解决。 其次， 使用时外界环境因素影响较多， 如温度、
气压、 取样位置等。
第11章 微 波 传 感 器
11.3 微波传感器的应用
11.3.1.微波液位计（图11-2 ） 波长 λ的微波信号从被测液面反射后进入接收天线。接收 天线接收的微波功率的大小随着被测液面的高低不同而异。
S
微波发射天线
微波接收天线
Hale Waihona Puke 第11章 微 波 传 感 器
11.2 微波传感器的原理和组成
11.2.1
测量原理：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 → 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。 分类： 分为反射式和遮断式两类。
第11章 微 波 传 感 器
第11章 微 波 传 感 器
11.1 微波概述 11.2 微波传感器的原理和组成 11.3 微波传感器的应用
第11章 微 波 传 感 器
11.1 微波概述
微波：波长为 0.1 m ～ 1 mm 的 电磁波（频率范围： 300MHZ ～ 微波的性质：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。
第11章 微 波 传 感 器 ④便于自动控制：时间常数小， 反应速度快， 可以进行动 态检测与实时处理 ；
⑤便于实现遥测和遥控：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；
⑥ 微波无显著辐射公害。
微波传感器存在的主要问题是零点漂移和标定尚未得到很
第11章 微 波 传 感 器 1. 反射式微波传感器 反射式微波传感器：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：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
第11章 微 波 传 感 器 11.2.3 微波传感器的特点 微波传感器是一种新型的非接触传感器。 特点： ① 有极宽的频谱（波长=1.0 mm~1.0m 据被测对象的特点选择不同的测量频率； ）可供选用，可根
② 适用于恶劣环境下工作：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； ③水对微波的吸收作用最强，介质对微波的吸收介质的介 电常数成比例；
ε=ε′+αε″
式中：ε′——储能的度量； ε″—— α——常数。