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微波水分傳感�
閱讀�7050�(shí)間:2011-04-25 15:08:28

  微波雷達(dá)水分傳感器是利用雷達(dá)檢測(cè)技�(shù)獲取被測(cè)介質(zhì)�(duì)特定制式電磁波的透射或反�(或稱(chēng)為二次散�)傳播信息�(lái)確定有關(guān)介質(zhì)中水分含量大小的傳感�。應(yīng)用微波雷�(dá)檢測(cè)近距離或接觸式有耗介�(zhì)含水量具有快�、無(wú)�、連續(xù)檢測(cè),測(cè)試結(jié)果一目了然,分析、判讀直觀(guān)方便等特�(diǎn)�

分類(lèi)

  微波雷達(dá)水分傳感器涉及的雷達(dá)�(cè)量技�(shù)包含有三種:反射�、透射�(遮擋�)和混合式(�(dǎo)波式)三種微波雷達(dá)水分傳感器。其�,反射式微波雷�(dá)(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(zhǔn)的測(cè)量效�,�(mǎn)足廣大工�(yè)用戶(hù)的需�;透射�(遮擋�)微波雷達(dá)傳感�,通過(guò)收發(fā)天線(xiàn)的組合應(yīng)�,彌補(bǔ)了傳�(tǒng)射頻電容法測(cè)試的不足,讓點(diǎn)�(duì)�(diǎn)間的介質(zhì)�(cè)量數(shù)�(jù)既精確又可靠;�(dǎo)波雷�(dá)傳感器則借助圓波�(dǎo)或方波導(dǎo)�(duì)雷達(dá)波的�(wú)損傳�,能適�(yīng)檢測(cè)工況的特殊要�,既可以全反�,也可以全�(fā)�,這樣可以將環(huán)境因素影響測(cè)量的不良效果降的更低�

原理及性能

  1 反射式微波雷�(dá)水分傳感�

  反射式微波雷�(dá)水分傳感�,天�(xiàn)�(fā)射出特定�(diào)制的頻率信號(hào),經(jīng)被測(cè)介質(zhì)反射�,天�(xiàn)接收回波信號(hào),比較兩信號(hào)的能量損�,由于回波信�(hào)能量主要受介�(zhì)水分含量的影響而變�,故將檢�(cè)回波與發(fā)射信�(hào)瞬間的能量差異和介質(zhì)的溫度等信息�(jìn)行融�,通過(guò)�(biāo)�(zhǔn)的水分標(biāo)定表(模板)刻度,就可以得到被測(cè)介質(zhì)的水分含��

  通常,天�(xiàn)能和被測(cè)介質(zhì)能自然接�,如浸入式或表面接觸�。由�,這種傳感器天�(xiàn)的設(shè)�(jì)輻射能約�1mW,當(dāng)這種信號(hào)在空氣中傳播�(shí),能量衰減較快,�(dāng)微波信號(hào)到達(dá)物位表面并反射時(shí),信�(hào)�(qiáng)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(dǎo)電類(lèi)介質(zhì),如烴類(lèi)液體,反射回�(lái)的信�(hào)非常�,這種被削弱的信號(hào)在返回至接收天線(xiàn)的途中,能量又�(jìn)一步衰�,這樣,接收天�(xiàn)接收到的返回信號(hào)能量大致只有�(fā)出信�(hào)能量�1%,當(dāng)不用于上述要求天�(xiàn)和檢�(cè)介質(zhì)不直接接觸時(shí),這種水分儀表的性能指標(biāo)�(huì)有所降低,甚至無(wú)法正常使��

  2 透射�(遮擋�)水分傳感�

  透射�(遮擋�)水分傳感�,這種傳感器技�(shù)就是由發(fā)射天�(xiàn)�(fā)射一束調(diào)制脈沖信�(hào),該信號(hào)透過(guò)被測(cè)介質(zhì)并由接收天線(xiàn)接收到信�(hào)后�(jìn)行解�(diào),取出信�(hào)的幅度和相位變化信息,這些信息再綜合其他參�(shù),如溫度�(bǔ)償后,由DSP�(jìn)行多傳感器信息融�,經(jīng)水分�(biāo)定模�(�)比較后,直接輸出介質(zhì)水分含量的大�;�(duì)氣體介質(zhì)而言,則求出濕度的大�。顯然這種傳感器在技�(shù)上比較復(fù)�,成本也比較高,它綜合應(yīng)用了TDR�(shí)域反射原�,ETS等時(shí)采樣原理和超高速計(jì)�(shí)方法的充分組�??删�?zhǔn)�(cè)量介�(zhì)的水分含量。由于透射的技�(shù)選擇,故這種傳感器對(duì)被測(cè)介質(zhì)有要�,即介質(zhì)�(duì)電磁波既不能被全反射,也不能全吸�,這種傳感器類(lèi)似于射頻電容法測(cè)試的組合,兩電容極板等效于兩�(cè)天線(xiàn),介�(zhì)也等效于被測(cè)介質(zhì)�

  3 混合�(�(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感�

  為了彌補(bǔ)透射�(遮擋�)水分傳感器的不足之處,混合式(�(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器應(yīng)�(yùn)而生,其工作原理與前述兩種非常相�,其基礎(chǔ)是電磁波的時(shí)域反射性TDR(Time Domain Refectory)和ETS等時(shí)采樣原理的應(yīng)��

  混合�(�(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器運(yùn)用TDR原理(�(shí)域反射原�),TDR�(fā)生器�(chǎn)生一�(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的�(diào)制電磁脈沖波,當(dāng)遇到比先前傳�(dǎo)介質(zhì)(空氣或蒸�(fā)�)介電常數(shù)大的介質(zhì)表面�(shí),脈沖波�(huì)被反�。用超高速計(jì)�(shí)電路�(lái)�(jì)算脈沖波的傳�(dǎo)�(shí)間差,從而達(dá)到精確測(cè)量水分含量大小。多年來(lái),TDR一直被用于電纜故障探測(cè)儀,通過(guò)它檢�(cè)�(fā)�(xiàn)埋地電纜和墻�(nèi)埋設(shè)電纜的斷頭�

  �(cè)電纜斷頭�(shí),TDR�(fā)生器�(fā)出的電磁脈沖信號(hào)沿電纜傳播,到達(dá)斷頭處就�(huì)�(chǎn)生測(cè)量反射脈�;同時(shí),在接收器中�(yù)先設(shè)定的與電纜總�(zhǎng)度相�(yīng)的阻抗變化也引發(fā)出一�(gè)基準(zhǔn)脈沖,將反射脈沖與基�(zhǔn)脈沖相比較,可精確定位斷頭的位置�

  將該原理用于水分�(cè)量時(shí),TDR�(fā)生器每秒中產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)�(gè)能量脈沖沿波�(dǎo)體傳�(dǎo),當(dāng)?shù)竭_(dá)待測(cè)介質(zhì)表面�(shí),產(chǎn)生一�(gè)水分反射原始脈沖;與此同時(shí)在探頭的頂部�(yù)�(shè)一�(gè)等量水分定值的�(biāo)�(zhǔn)阻抗,用以產(chǎn)生一�(gè)可溯源的可靠基準(zhǔn)脈沖,該脈沖又稱(chēng)為基�(zhǔn)反射脈沖。雷�(dá)水分傳感器檢�(cè)到介�(zhì)反射原始脈沖,并與基�(zhǔn)反射脈沖相比�,從而得到水分測(cè)量的�(shù)值,這就是混合式(�(dǎo)波式)雷達(dá)微波水分儀表的工作�(guò)程。ETS等時(shí)采樣原理用于�(cè)量高�、低功率的電磁信�(hào),是基于TDR 的測(cè)量技�(shù)�(yīng)用的�(guān)��

  眾所周知,高速的電磁信號(hào)短距離的�(cè)量是很困難的,ETS�(shí)�(shí)捕捉電磁信號(hào)(UIS),并且在等值的�(shí)間里重新�(gòu)造它�,以利于更好使用先�(jìn)的技�(shù)�(cè)�。混合式(�(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器不受溫�、壓力、流速的影響,與介質(zhì)表面�(wú)接觸,快速且精確地測(cè)量不同介�(zhì)的水分,是高�?xún)r(jià)比選擇的上策�

�(yōu)�(diǎn)

  1 檢測(cè)�(yōu)�(shì)

  1)不影響被�(cè)介質(zhì)的自然屬�;

  2)高頻電磁波信�(hào)易于�(zhǎng)距離傳�,可�(cè)大量�;

  3)不受空間氣相條件變化的影�;

  微波雷達(dá)通過(guò)�(fā)射和接收高頻(GHz)�(jí)電磁�,計(jì)算電磁波到達(dá)介質(zhì)表面并反射回到接收天�(xiàn)的時(shí)間和電磁波幅度來(lái)�(jìn)行水分測(cè)�,而電磁能量的傳送不易受到傳播空間性質(zhì)的局限�,它可以在高/低壓(真空)或具有汽化介�(zhì)的條件下傳播,并且氣體的波動(dòng)也不影響電磁波的傳播�

  2 安全且節(jié)�

  微波雷達(dá)水分傳感器不但可以在高溫高壓下�(jìn)行測(cè)量而且�(zhǔn)�、安全且節(jié)省能源,傳感器的�(fā)射功率只有每平方厘米幾�(gè)微瓦,因此可以不受任何限制將其應(yīng)用于各種�(chǎng)�。在�(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)金屬外壁就可將雷�(dá)信號(hào)完全屏蔽。傳感器所使用的材料的化學(xué)性和�(jī)械性都相當(dāng)�(wěn)�,而且材料可以再循�(huán)利用�

  3 免維修且可靠性強(qiáng)

  雷達(dá)波不受干�,由于雷�(dá)式傳感器的各部件均不能被拆開(kāi)而且�(méi)有機(jī)械磨�,所以雷�(dá)式傳感器可以被應(yīng)用于各種�(chǎng)合。通過(guò)使用材料,雷�(dá)水分傳感器對(duì)于極�(fù)雜的化學(xué)和物�?xiàng)l件都很耐用,它可以提供�(zhǔn)確可靠且�(zhǎng)期穩(wěn)定的模擬量或�(shù)字量信號(hào)�

  4 幾乎可以�(cè)量所有介�(zhì)

  雷達(dá)信號(hào)是否可以被反�,取決于兩�(gè)因素:被�(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性,被測(cè)介質(zhì)的介電常�(shù)。所有導(dǎo)電的介質(zhì)都能很好地反射雷�(dá)信號(hào),雷�(dá)傳感器可以測(cè)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(dǎo)電性不是很�,也能被很準(zhǔn)確地�(cè)��

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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