昆明冶金高等专科学校《自动检测技术》第09章.pptVIP

2. 耦合剂 无论是直探头还是斜探头，为减小磨损，一般不能直接将其放在被测介质表面来回移动。更重要的是，由于超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰；而且空气的密度很小，将对超声波造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。 9.1.5 超声波传感器的应用 1. 超声波测厚 最常用的方法是利用超声波脉冲反射法进行厚度测量。 2. 超声波液位传感器 超声波测量液位是利用回声原理，由超声波在两种介质分界面上的反射特性进行的。 在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液面。 置于液体中 置于液面上方 超声波发射和接收换能器可设置于水中，让超声波在液体中传播。由于超声波在液体中衰减比较小，所以即使发生的超声脉冲幅度较小也可以传播。 超声波发射和接收换能器安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的衰减比较严重。 如果液面晃动，就会有反射波散射，造成接收困难，此时可用直管将超声传播路径限制在一定范围内进行测量。 9.2 微波式传感器 9.2.1 微波的性质与特点 微波在电磁谱中介于无线电的短波与红外之间，它既有电磁波的特性，又与普通的无线电波及光波不同，是一种相对波长较长的电磁波。 微波是波长为1mm~1m的电磁波，分为分米波、厘米波、毫米波。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射和吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿透而不被吸收；而水和食物等会吸收微波使自身发热；金属类则会反射微波。 ① 可定向辐射，空间直线传输； ② 遇到各种障碍物易于反射； ③ 绕射能力差； ④ 传输特性好，传输过程中受烟雾、火焰、灰尘、强光等影响很小； ⑤ 介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强 特点： 9.2.2 微波传感器原理及其分类 微波传感器是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，遇到被测物体时将被吸收或反射，使微波功率发生变化。若利用接收天线，接收到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，再经过测量电路处理，即可显示出被测量，从而实现微波检测过程。 (1) 反射式微波传感器 反射式微波传感器是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物的位置、厚度等参数。 (2) 遮断式微波传感器 遮断式微波传感器是通过检测接收天线接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或被测物的位置与含水量等参数。如微波水分仪、微波液位计、微波式物位计等 。 9.2.3 微波传感器的组成、特点及检测方法 微波振荡器是产生微波的装置。由于微波的波长很短，而频率又很高，要求振荡电路中具有非常微小的电感和电容，因此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速调管、磁控管或某些固体元件。小型微波振荡器也可以采用体效应管。 1. 组成 (1) 微波振荡器和微波天线 常见微波天线 扇形喇叭天线 圆锥喇叭天线 抛物柱面天线 旋转抛物面天线 电磁波作为空间的微小电场变动而传播，所以常用电流-电压特性呈非线性的电子元件作为微波检测器的敏感探头 。 (2) 微波检测器 ① 极宽的频谱，可根据被测对象的特点选择不同的测量频率； ② 可以在恶劣环境下工作，如烟雾、粉尘、水汽、化学气氛、高、低温环境中对检测信号的传播影响极小； ③ 时间常数小，反应速度快，可以进行动态检测与实时处理，便于自动控制； ④ 信号本身就是电信号，简化了传感器与微处理器间的接口，无须进行非电量的转换测量，便于遥测和遥控; ⑤ 微波无显著辐射公害； ⑥ 零点漂移和标定尚未得到很好的解决； ⑦ 外界环境因素影响较多，如温度、气压、取样位置等 。 2. 特点 ① 将微波变化为电流的视频变化方式； ② 与本机振荡器并用而变化为频率比微波低的外差法 。 3. 微波的检测方法 9.2.4 微波传感器的应用 1. 微波温度传感器 微波温度传感器的应用，最有价值的是微波遥测。将微波温度传感器装在航天器上，可遥测大气对流层的状况，进行大地测量与探矿；可以遥测水质污染程度；确定水域范围；判断土地肥沃程度；判断植物品种等。 微波频段的辐射计是一个微波温度传感器。 任何物体，当它的温度高于环境温度时，都能向外辐射热量。当辐射热到达接收机输入端口时，若仍然高于基准温度（或室温），在接收机的输出端将有信号输出，这就是辐射计或噪声温度接收机的基本原理。 2. 微波湿度（水分）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