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微波侍感器的原理及其实现的技术途径
微波侍感器的原理及其实现的技术逢径,介培了微武侍毒器的结构,种类和应用.

一,前言
微波半导体器件及微波集成电路,从雷达,导航,电子对抗等**应用领域.迅速扩展到微波中继通信,卫星通信,移动通信,无绳电话,卫星直播电视无线电缆电视,**防范等众多的商用领域.这些应用领域的发展,方兴未艾,前景广阔应用的扩大,市场需求的增长,有力地促进了微渡半导体器件及微波集成电路品种的发展和性能的提高.微波半导体器件及微波集成电路的生产,也从多品种,小批量的小规模方式,迅速向集约化,大规模方式发展近年来,国外利用微波频段电磁波的特性,研制生产了大量用于非电参量的检测和无损伤探测方面的微波传感器,工作十分引入注目.微波传感器县有不接触,无损伤,连续,实时,远距离,无毒害,不污染环境,易于维护,成本较低等一系列优点,在许多场合十分有用.长期来,传感器的电检测技术基本上局限于低频和光频两个频段并从集总电路参数和电压,电流的观点来研究各种传惑器的性能,很少使用它们之间的微波频段并从电磁波的角度来研究传惑器.本文的目的在于引起人们对微波传感器这一新兴领域的重视我们相信.随着这一领域的开拓和发展,不仅为传感器增加了新的分支和新的品种而且也为微波半导体器件和微波集成电路开辟了新的应用前景..

二,微波传感器的原理电磁波包括的频谱范围极宽,它们的特性因频率不同而各异.微波是额率很高的电磁坡,它的低端频率为300,**可达300.微波具有一系列特性,用来进行非电参置的无损检测是很合适的.首先,微波具有似光性.例如,微波具有良好的定向辐射性能,在自由空间沿直线传播且速度等于光速,在反射,折射,绕射,散射,干涉时遵循与光同样的物理定律.其次,微波能够穿透大多数非金属材料,包括许多对光波来说是不透明的材料.并且与这些材料的分子相互作用.从内部不均匀处产生反射,散射.
第三,微波遇到良导体时几乎全部反射,良导体在徽捩频率的趋肤深度仅几微米第四,介质对微波的碾收正比于介质的介电系数.水的介电系数较大,对微波的吸收很强第五,当微波被运动物体所反射时,微波的频率会变化.其颠率变化的大小与运动物体的速度有关,这就是所谓的多卜勒效应.利用微波特性可以制成众多的传感器.按其作用原理,可分为下面几大类型.利用微波在自由空间传播速度的恒定性,根据收,发信号的时间差来测定距离.或者根据入射,反射信号之间的相移来泌定距离,容器中的液位或料位,位移等几何量.利用微波的多卜勒频移特性来洌量速度,加速度,流速等机械量.利用微波对许多材料的穿透特性,可探测这些材料的内部结构特性.微波容易穿透许多非金属材料,如塑料,陶瓷,复台介质材料等.这些材料内部的任何变化都必然引起其复介电常数标量(=8一8)或张量复介电常数￡的相应变化,从而导致微波幅度相位或极化方向的变化.因此,传输波(或反射波)的幅度,相位以及极化方向的变化,将含有关于材料的内部缺陷,化学成份,密度,均匀性,空隙率,固化率,含水率等信息.在谐振腔型传感器中,微波相位和幅度的这种变化将变换成为谐振频率和品质因数的变化.利用被测物质的热辐射,预'定物体在微波频率的热辐射能量就能确宅其表面温度或发射率,利用许多材料对微波的"透明或"半透明"性质,还可测量它们的次表面温度.当然,还有利用其它微波特性制成的传感器,这里就不一一列举了.

三,微波传感器的结构与种类微波传感器是把非电参量变换为微波的幄值,相位信息的一个部件.典型的微波传感器的结构示意图.如图1所示.非传靖熏良甜型由毒'''叮培或●一=且8嘴并唧幂奠式靖栩拙尤井岳吾曩●,伽尤图几种典型的微波传蓥器()穿通波导()开双槽的波导()短路同轴线(]匹配的谴导()攻,发天线(删介质)()漏波导()微带缉()怔,发天线(副主属)")和()叭元线(后宅酝青吸啦材料)()～()各式谐振琏微波传感器的种类较多,可以按不同的方法进行分类.如图所示的那样,可分为传输型与反射型诺振型与非谐振型闭式与开式等若按传输线(或谐振器)的结构分类,又可分为波导型,同轴型,微带型等.究竟采用哪种传感器为宜,视具体情况而定.一般说来,闭式结构适宜于取样品来检测,而不宜用于连续的在线测试(待测物科为液体或气一体时例外).闭式结构因其包含的不理想因素和外界的干扰都较少,因此达到的准确度较高.四,微波传感器实现的技术途径利用微波特性制造用于非电参量的检测和无损伤探测的微波传惑器,采用什么技术途径来实现,这要由具体情况来确定,包括对待剐对象特征的分析以及对欲达到的灵敏度,准确度和分辨率等的考虑.这里对考虑技术途径时遇到的一些共同性问题作一说明.利用微波进行短距离内的各种测量与无损伤探觏时一般很少采用脉冲调幅渡,而宁愿采用连续波或调频波.这一点与超声波传感器的考虑是不商的.必须引起我们注意.之所以如此.是因为超声波的传播速度只有微波的十万分之一.检测待测量信息的方法有传输法,反射法和微扰法等三种.传输法是利用传输波进行检测反射法是利用反射波进行检涮微扰法是利用非电参量(通过介电性质)剥谐振腔的微扰进行检测.要从反射渡或传输波中检出它们所携带的信息,一般的作法是把它们与一个参考信号进行幅度或相位的比较.参考信号既可以是入射渡,也可以是从微波振荡器分出的一部份信号或另一路(即"参考通道")中的传输波.两个信号一比较,就可知道衰减或相移的大小,从而求得待测量的值.衰减是两个波进行幅度比较的结果.相移则是两个渡进行相比较的结果一般来说,测量幅度比测量相位容易一些.如果测量幅度能达到目的,就不必去测量相位.当然,若待测量对微波相位很敏惑,则宜测量相位.必须指出,同时测量衰减和相位,可获得更多的信息.有的场合就使用这种"双参数"测量系统.至于微扰法,其获取信息的方法实质上也是进行幅度或相位的检测.这种方法只不过是把波的相移变换成了谐振频率的变化,把幅度的衰减变换成了品质因数的变化而已.根据谐振频率变化的大小或品质因数变化的大小就可求得待涣*的值.
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