傳感器應(yīng)用技術(shù)

1、傳感器應(yīng)用技術(shù)第1頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日第4章 物位及厚度檢測物位檢測方法：物位檢測總體上可分為直接檢測和間接檢測兩種方法，由于測量狀況及條件復(fù)雜多樣，因而往往采用間接測量，即將物位信號轉(zhuǎn)化為其它相關(guān)信號進(jìn)行測量。第2頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日第4章 物位及厚度檢測直接測量法：直接測量是一種最為簡單、直觀的測量方法。其中液位檢測常會用到直接測量，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀出液位高度。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日第4章 物位及厚度檢測常用的間接檢測方法

2、有：浮力法和靜壓法；電學(xué)法（電容法）； 微波法；超聲波法；核輻射法等。第4頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器電磁波（又稱：電磁輻射、電子煙霧）是能量的一種，凡是高于絕對零度的物體，都會釋出電磁波。 電磁波頻率低時(shí)，主要借由有形的導(dǎo)電體才能傳遞；電磁波頻率高時(shí)即可以在自由空間內(nèi)傳遞，也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞。 電磁波譜 無線電波 3000米0.3毫米（微波 0.1100厘米）； 紅外線 0.3毫米0.75微米；（其中：近紅外為0.763微米，中紅外為36微米，遠(yuǎn)紅外為615微米，超遠(yuǎn)紅外為15300微米） 可見光 0.7微米0.4微米； 紫外線

3、0.4微米10毫微米; X射線 10毫微米0.1毫微米 ； 射線 0.1毫微米0.001毫微米； 高能射線小于0.001毫微米 。第5頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器微波的特點(diǎn)是:在各種障礙物上能產(chǎn)生良好的反射，具有良好的定向輻射性能；在傳輸過程中受到粉塵、煙霧、火焰及強(qiáng)光的影響小，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。微波碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導(dǎo)它；微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會消耗能量；而水（蒸汽）會對微波產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日一、微波傳感器的組成 微波振蕩器和微波天

4、線是微波傳感器的重要組成部分，構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體器件。由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號需要用波導(dǎo)管(波長在10cm以上可用同軸電纜)傳輸，并通過天線發(fā)射出去，常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線和介質(zhì)線等。 4.3 微波式傳感器第7頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器 常用的微波天線(a) 扇形喇叭天線; (b) 圓錐形喇叭天線; (c) 旋轉(zhuǎn)拋物面天線; (d) 拋物柱面天線 第8頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日二、微波傳感器工作原理 微波傳感器的敏感元件可認(rèn)為是一個(gè)微波場。其它部分可視為一個(gè)轉(zhuǎn)換器和接收

5、器，如圖所示。Microwave sourse4.3 微波式傳感器MS與T合二為一稱為有源微波傳感器；MS與R合二為一稱為自振蕩式微波傳感器。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日 1.反射式微波傳感器 反射式微波傳感器是通過檢測被測物體反射回來的微波功率或經(jīng)過的時(shí)間間隔來測量被測位置、厚度等參數(shù)。 2.遮斷式微波傳感器 遮斷式微波傳感器是通過檢測接受天線接收到的微波功率大小，來判斷發(fā)射天線和接收天線之間有無被測物或被測物體的位置與含水量等參數(shù)。4.3 微波式傳感器第10頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器三、微波物位計(jì) 微波物

6、位計(jì)原理如圖所示。當(dāng)被測物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為:當(dāng)被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率為 由被測物形狀、材料性質(zhì)、電磁性能及高度所決定的系數(shù) -發(fā)射天線的發(fā)射功率； -發(fā)射天線的增益； -接收天線的增益。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器四、微波液位計(jì) 微波液位計(jì)原理如圖所示，接收天線接收到的功率Pr為: -發(fā)射天線的發(fā)射功率； -發(fā)射天線的增益； -接收天線的增益。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器圖中所示是目前在工程應(yīng)用較多的調(diào)頻連續(xù)波式微波物位（液位和料位）計(jì)

7、。第13頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.3 微波式傳感器通常只需將發(fā)射、接收天線裝在被測料倉（罐）上方，即可對物位進(jìn)行連續(xù)測量。這種調(diào)頻連續(xù)波式微波物位計(jì)抗機(jī)械噪聲、電磁噪聲能力強(qiáng)，在高溫、高壓、高粘度情況下，可連續(xù)、快速而準(zhǔn)確地測出目標(biāo)物體的物位值。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日4.4 超聲波物位及厚度檢測 4.4.1 超聲波檢測原理 一、超聲波人耳所能聽到的聲波頻率在2020000Hz之間，頻率超過20000Hz，人耳不能聽到的聲波稱為超聲波(由逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生)。機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有

8、不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中根本不能傳播，而電磁波（例如光波）可以在真空中傳播；機(jī)械波可以是橫波和縱波，但電磁波只能是橫波；機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì)，如：折射、反射等是一致的，描述它們的物理量也是相同的。常見的機(jī)械波有：水波、聲波、地震波。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的。 第15頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日次聲波的特點(diǎn)及應(yīng)用次聲波是指頻率低于人們的聽覺下限(20Hz)的聲波例如，火山爆發(fā)、地震、海嘯、臺風(fēng)等所含能量巨大的

9、自然現(xiàn)象及核爆中都會產(chǎn)生次聲波次聲波傳播的特點(diǎn)是，能量衰減小，易受重力影響；在空氣中傳播易引起空氣分子的振動，使部分聲能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能次聲波由于受重力影響，主要是沿地面?zhèn)鞑?，因而次聲波可以傳播很遠(yuǎn)的距離。次聲波常用于探測波源(如爆炸點(diǎn))的位置、預(yù)測火山爆發(fā)、雷暴及異常的氣象變化等超聲波的特點(diǎn)及應(yīng)用頻率高于人們的聽覺上限(20000 Hz)不能再激起聽覺的聲波叫超聲波。由于超聲波的波長很短，所以只能是近似地做直線傳播超聲波與一切波一樣會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，超聲波與介質(zhì)間因相互作用而發(fā)生一系列的物理或化學(xué)變化。超聲波引起的效應(yīng)很多，主要表現(xiàn)是，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在超聲

10、波的作用下做受迫振動，產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)，會使懸浮粒子凝聚；強(qiáng)度很大的超聲波能引起物體破碎；超聲波可用做清洗、乳化，以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的超聲探傷、測距，醫(yī)學(xué)上廣泛應(yīng)用的超聲波診斷成像(B超)等等。現(xiàn)在，超聲波與電磁輻射、粒子轟擊已成為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的三大重要手段第16頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日二、超聲波的物理特性1. 定向傳播2. 穿透能力強(qiáng)3. 反射特性12第17頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日三、超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：式中: 、 聲波在距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)； 、 聲波在聲源處的聲壓和聲強(qiáng)； 聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)。 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)34分，星期日三、超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。在不同介質(zhì)中衰減的幅度關(guān)系如下： 固體液體R24.5 核輻射物位與厚度檢測第33頁，共35頁，20