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微波水分傳感�
閱讀�7055時間�2011-04-25 15:08:28

  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�。應(yīng)用微波雷達檢測近距離或接觸式有耗介�(zhì)含水量具有快�、無損、連續(xù)檢測,測試結(jié)果一目了然,分析、判讀直觀方便等特點�

分類

  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�、透射�(遮擋�)和混合式(�(dǎo)波式)三種微波雷達水分傳感器。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(zhǔn)的測量效�,滿足廣大工業(yè)用戶的需�;透射�(遮擋�)微波雷達傳感器,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;�(dǎo)波雷達傳感器則借助圓波�(dǎo)或方波導(dǎo)對雷達波的無損傳�,能適�(yīng)檢測工況的特殊要�,既可以全反�,也可以全�(fā)�,這樣可以將環(huán)境因素影響測量的不良效果降的更低�

原理及性能

  1 反射式微波雷達水分傳感器

  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�(biāo)�(zhǔn)的水分標(biāo)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式。由�,這種傳感器天線的�(shè)計輻射能約為1mW,當(dāng)這種信號在空氣中傳播�,能量衰減較快,�(dāng)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(dǎo)電類介質(zhì),如烴類液體,反射回來的信號非常弱,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�,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(dāng)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(biāo)會有所降低,甚至無法正常使��

  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),如溫度補償后,由DSP進行多傳感器信息融合,經(jīng)水分�(biāo)定模�(�)比較后,直接輸出介質(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(fù)�,成本也比較�,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。可精準(zhǔn)測量介質(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)�

  3 混合�(�(dǎo)波式)微波雷達水分傳感�

  為了彌補透射�(遮擋�)水分傳感器的不足之處,混合式(�(dǎo)波式)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�,其基礎(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)��

  混合�(�(dǎo)波式)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�(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�,脈沖波會被反射。用超高速計時電路來計算脈沖波的傳導(dǎo)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�

  測電纜斷頭時,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�(yù)先設(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�(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(dǎo)體傳�(dǎo),當(dāng)?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�(yù)�(shè)一個等量水分定值的�(biāo)�(zhǔn)阻抗,用以產(chǎn)生一個可溯源的可靠基�(zhǔn)脈沖,該脈沖又稱為基�(zhǔn)反射脈沖。雷達水分傳感器檢測到介�(zhì)反射原始脈沖,并與基�(zhǔn)反射脈沖相比�,從而得到水分測量的�(shù)�,這就是混合式(�(dǎo)波式)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�、低功率的電磁信號,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(�(dǎo)波式)微波雷達水分傳感器不受溫�、壓力、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�

�(yōu)�

  1 檢測�(yōu)�

  1)不影響被測介�(zhì)的自然屬�;

  2)高頻電磁波信號易于長距離傳�,可測大量程;

  3)不受空間氣相條件變化的影�;

  微波雷達通過�(fā)射和接收高頻(GHz)級電磁波,計算電磁波到達介質(zhì)表面并反射回到接收天線的時間和電磁波幅度來進行水分測量,而電磁能量的傳送不易受到傳播空間性質(zhì)的局限性,它可以在�/低壓(真空)或具有汽化介�(zhì)的條件下傳播,并且氣體的波動也不影響電磁波的傳播�

  2 安全且節(jié)�

  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�(zhǔn)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�,因此可以不受任何限制將其應(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蔽。傳感器所使用的材料的化學(xué)性和機械性都相當(dāng)�(wěn)�,而且材料可以再循�(huán)利用�

  3 免維修且可靠性強

  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(fù)雜的化學(xué)和物理條件都很耐用,它可以提供�(zhǔn)確可靠且長期�(wěn)定的模擬量或�(shù)字量信號�

  4 幾乎可以測量所有介�(zhì)

  雷達信號是否可以被反�,取決于兩個因素:被測介質(zhì)的導(dǎo)電性,被測介質(zhì)的介電常�(shù)。所有導(dǎo)電的介質(zhì)都能很好地反射雷達信號,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(dǎo)電性不是很好,也能被很�(zhǔn)確地測量�

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