16-微波及生物传感器(第十二章)省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

微波传感器;二、微波传感器原理和组成;（1）反射式微波传感器

反射式微波传感器是经过检测被测物反射回来微波功率或经过时间间隔来测量被测量。通常它能够测量物体位置、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经过检测接收天线收到微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有没有被测物体或被测物体厚度、含水量等参数。;2、微波传感器组成

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。

（1）微波振荡器及微波天线

微波振荡器是产生微波装置。因为微波波长很短，即频率很高（300MHz～300GHz），要求振荡回路中含有非常微小电感与电容，所以不能用普通电子管与晶体管组成微波振荡器。组成微波振荡器器件有调速管、磁控管或一些固态器件.;由微波振荡器产生振荡信号需要用波导管传输，并经过天线发射出去。为了使发射微波含有尖锐方向性，天线要含有特殊结构。惯用天线如图所表示。;（2）微波检测器

电磁波作为空间微小电场变动而传输，所以使用电流-电压特征展现非线性电子元件作为探测它敏感探头,敏感探头在其工作频率范围内必须有足够快响应速度。

几兆赫以下可用半导体PN结;

频率比较高可使用肖特基结;

灵敏度要求尤其高可使用超导材料约瑟夫逊结检测器、SIS检测器等超导隧道结元件;

靠近光频率可使用由金属-氧化物-金属组成隧道结元件。;3、微波传感器特点

微波传感器作为一个新型非接触传感器含有以下特点：

①有极宽频谱（波长=1.0mm~1.0m）可供选取，可依据被测对象特点选择不一样测量频率；

②在烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高、低温环境中对检测信号传输影响极小，所以能够在恶劣环境下工作；

③时间常数小，反应速度快，能够进行动态检测与实时处理，便于自动控制；;④测量信号本身就是电信号，无须进行非电量转换，从而简化了传感器与微处理器间接口，便于实现遥测和遥控；

⑤微波无显著辐射公害。

微波传感器存在主要问题是零点漂移和标定还未得到很好处理。其次，使用时外界环境原因影响较多，如温度、气压、取样位置等。;三、微波传感器应用;2、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，偶极子受场作用而重复取向，不停从电场中得到能量（储能），又不停释放能量（放能），前者表现为微波信号相移，后者表现为微波衰减。;下列图给出了测量酒精含水量仪器框图，图中，MS产生微波功率经分功率器分成两路，再经衰减器A1、A2分别注入到两个完全相同转换器T1、T2中。其中，T1放置无水酒精，T2放置被测样品。相位与衰减测定仪（PT、AT）分别重复接通两电路（T1和T2）输出，自动统计与显示它们之间相位差与衰减差，从而确定样品酒精含水量。;3、微波测厚仪

微波测厚仪是利用微波在传输过程中碰到被测物体金属表面被反射，且反射波波长与速度都不变特征进行测厚。

微波测厚仪原理如图所表示，在被测金属物体上下两表面各安装一个终端器。微波信号源发出微波，经过环行器A、上传输波导管传输到上终端器，由上终端器发射到被测物体上表面上，微波在被测物体上表面全反射后又回到上终端器，再经过传输导管、环行器A、下传输波导管传输到下终端器。由下终端器发射到被测物体下表面微波，经全反射后又回到下终端器，再经过传输导管回到环行器A。所以被测物体厚度与微波传输过程中行程长度有亲密关系，当被测物体厚度增加时，微波传输行程长度便减小。;微波测厚仪原理图;普通情况下，微波传输行程长度改变非常微小。为了准确地测量出这一微小改变，通常采取微波自动平衡电桥法，前面讨论微波传输行程作为测量臂，而完全模拟测量臂微波传输行程设置一个参考臂（图右部）。若测量臂与参考臂行程完全相同，则反相叠加微波经过检波器C检波后，输出为零。若两臂行程长度不一样，两路微波叠加后不能相互抵消，经检波器后便有不平衡信号输出。此不平衡差值信号经放大后控制可逆电机旋转，带动赔偿短路器产生位移，改变赔偿短路器长度，直到两臂行程长度完全相同，放大器输出为零，可逆电机停顿转动为止。;4、微波无损检测

微波无损检测是综合利用微波与物质相互作用，首先微波在不连续界面处会产生反射、散射、透射，另首先微波还能与被检材料产生相互作用，此时微波场会受到材料中电磁参数和几何参数影响。经过测量微波信号基本参数改变即可到达检测材料内部缺点