微波雷達水分傳感�是利用雷達檢測技�(shù)獲取被測介質(zhì)對特定制式電磁波的透射或反�(或稱為二次散�)傳播信息來確定有�(guān)介質(zhì)中水分含量大小的傳感��
微波雷達水分傳感器涉及的雷達測量技�(shù)包含有三種:反射式、透射�(遮擋�)和混合式(導波�)三種微波雷達水分傳感�。其�,反射式微波雷�(非接觸式)傳感�,隨著電子技�(shù)的發(fā)�,其成本大幅降低后可以在諸多特殊工況應(yīng)用中獲得精準的測量效�,滿足廣大工業(yè)用戶的需�;透射�(遮擋�)微波雷達傳感�,通過收發(fā)天線的組合應(yīng)�,彌補了傳�(tǒng)射頻電容法測試的不足,讓點對點間的介質(zhì)測量�(shù)�(jù)既精確又可靠;導波雷達傳感器則借助圓波導或方波導對雷達波的無損傳輸,能適�(yīng)檢測工況的特殊要求,既可以全反射,也可以全�(fā)�,這樣可以將環(huán)境因素影響測量的不良效果降的更低�
微波雷達水分傳感器不但可以在高溫高壓下進行測量而且準確、安全且節(jié)省能�,傳感器的發(fā)射功率只有每平方厘米幾個微瓦,因此可以不受任何限制將其�(yīng)用于各種場合。在實際�(yīng)用中,通過金屬外壁就可將雷達信號完全屏�。傳感器所使用的材料的化學性和機械性都相當�(wěn)�,而且材料可以再循�(huán)利用�
雷達信號是否可以被反�,取決于兩個因素:被測介質(zhì)的導電�,被測介�(zhì)的介電常�(shù)。所有導電的介質(zhì)都能很好地反射雷達信�,雷達傳感器可以測量所有介電常�(shù)大于1.5的介�(zhì)(空氣的介電常�(shù)�1),盡管介�(zhì)的導電性不是很�,也能被很準確地測量�
反射式微波雷達水分傳感器,天線發(fā)射出特定�(diào)制的頻率信號,經(jīng)被測介質(zhì)反射�,天線接收回波信號,比較兩信號的能量損失,由于回波信號能量主要受介質(zhì)水分含量的影響而變�,故將檢測回波與�(fā)射信號瞬間的能量差異和介�(zhì)的溫度等信息進行融合,通過標準的水分標定表(模板)刻度,就可以得到被測介質(zhì)的水分含�。通常,天線能和被測介�(zhì)能自然接�,如浸入式或表面接觸�。由�,這種傳感器天線的�(shè)計輻射能約為1mW,當這種信號在空氣中傳播時,能量衰減較快,當微波信號到達物位表面并反射時,信號強度也就是振幅,與介質(zhì)的介電常�(shù)有直接關(guān)�,介電常�(shù)非常低的非導電類介質(zhì),如烴類液體,反射回來的信號非常�,這種被削弱的信號在返回至接收天線的途中,能量又進一步衰減,這樣,接收天線接收到的返回信號能量大致只有發(fā)出信號能量的1%,當不用于上述要求天線和檢測介質(zhì)不直接接觸時,這種水分儀表的性能指標會有所降低,甚至無法正常使��
為了彌補透射�(遮擋�)水分傳感器的不足之處,混合式(導波�)微波雷達水分傳感器應(yīng)運而生,其工作原理與前述兩種非常相似,其基�(chǔ)是電磁波的時域反射性TDR(Time Domain Refectory)和ETS等時采樣原理的應(yīng)�?;旌�?導波�)微波雷達水分傳感器運用TDR原理(時域反射原理),TDR�(fā)生器�(chǎn)生一個沿導波桿向下傳送的�(diào)制電磁脈沖波,當遇到比先前傳導介�(zhì)(空氣或蒸�(fā)�)介電常數(shù)大的介質(zhì)表面�,脈沖波會被反射。用超高速計時電路來計算脈沖波的傳導時間�,從而達到精確測量水分含量大�。多年來,TDR一直被用于電纜故障探測儀,通過它檢測發(fā)�(xiàn)埋地電纜和墻�(nèi)埋設(shè)電纜的斷頭。測電纜斷頭�,TDR�(fā)生器�(fā)出的電磁脈沖信號沿電纜傳播,到達斷頭處就會產(chǎn)生測量反射脈�;同時,在接收器中預先�(shè)定的與電纜總長度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)出一個基準脈�,將反射脈沖與基準脈沖相比較,可精確定位斷頭的位�。將該原理用于水分測量時,TDR�(fā)生器每秒中產(chǎn)生數(shù)十萬個能量脈沖沿波導體傳�,當?shù)竭_待測介質(zhì)表面�,產(chǎn)生一個水分反射原始脈�;與此同時在探頭的頂部預設(shè)一個等量水分定值的標準阻抗,用以產(chǎn)生一個可溯源的可靠基準脈�,該脈沖又稱為基準反射脈�。雷達水分傳感器檢測到介�(zhì)反射原始脈沖,并與基準反射脈沖相比較,從而得到水分測量的�(shù)值,這就是混合式(導波�)雷達微波水分儀表的工作過程。ETS等時采樣原理用于測量高�、低功率的電磁信�,是基于TDR 的測量技�(shù)�(yīng)用的�(guān)�。眾所周知,高速的電磁信號短\距離的測量是很困難的,ETS實時捕捉電磁信號(UIS),并且在等值的時間里重新構(gòu)造它�,以利于更好使用先進的技�(shù)測量。混合式(導波�)微波雷達水分傳感器不受溫度、壓�、流速的影響,與介質(zhì)表面無接�,快速且精確地測量不同介�(zhì)的水�,是高性價比選擇的上策�
雷達波不受干�,由于雷達式傳感器的各部件均不能被拆開而且沒有機械磨損,所以雷達式傳感器可以被�(yīng)用于各種場合。通過使用材料,雷達水分傳感器對于極復雜的化學和物理條件都很耐用,它可以提供準確可靠且長期穩(wěn)定的模擬量或�(shù)字量信號�
透射�(遮擋�)水分傳感�,這種傳感器技�(shù)就是由發(fā)射天線發(fā)射一束調(diào)制脈沖信�,該信號透過被測介質(zhì)并由接收天線接收到信號后進行解調(diào),取出信號的幅度和相位變化信�,這些信息再綜合其他參�(shù),如溫度補償�,由DSP進行多傳感器信息融合,經(jīng)水分標定模板(�)比較�,直接輸出介�(zhì)水分含量的大�;對氣體介�(zhì)而言,則求出濕度的大�。顯然這種傳感器在技�(shù)上比較復雜,成本也比較高,它綜合�(yīng)用了TDR時域反射原理,ETS等時采樣原理和超高速計時方法的充分組合??删珳蕼y量介�(zhì)的水分含�。由于透射的技�(shù)選擇,故這種傳感器對被測介質(zhì)有要�,即介質(zhì)對電磁波既不能被全反�,也不能全吸�,這種傳感器類似于射頻電容法測試的組合,兩電容極板等效于兩�(cè)天線,介�(zhì)也等效于被測介質(zhì)�