【正文】 的位置上以相對速度 v運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)射微波，則由于多卜勒效應(yīng)，反射波的頻率 發(fā)生偏移，如下式所示： (9?11) 式中 是多卜勒頻率，并可表示為 :(9?12) 當(dāng)物體靠近靶時(shí)，多卜勒頻率 為正；遠(yuǎn)離靶時(shí)， 為負(fù)。 當(dāng)發(fā)射功率、波長、增益均恒定時(shí)，只要測得接收到的功率 ,就可獲得被測液面的高度 。(2)遮斷式傳感器 這種傳感器通過檢測接收天線接收到的微波功率大小，來判斷發(fā)射天線與接收天線間有無被測物或被測物的位置與含水量等參數(shù)。 微波傳感器可分為反射式與遮斷式。 圖 常用微波天線 微波傳感器及其應(yīng)用1. 微波傳感器 由發(fā)射天線發(fā)出的微波，遇到被測物時(shí)將被吸收或反射，使功率發(fā)生變化。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線具有特殊的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)整管、磁控管或某些固體元件。 微波振蕩器與微波天線 微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。微波相對于波長較長的電磁波具有下列特點(diǎn)： ① 定向輻射的裝置容易制造； ② 遇到各種障礙物易于反射； ③ 繞射能力較差； ④傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等影響很??； ⑤ 介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強(qiáng)。 如果在管道的外部安裝兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，如圖 。圖 感器的原理示意圖。根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。 超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用2. 超聲波測物位圖 脈沖回波式測量物位的工作原理超聲波物位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。超聲波探頭與被測物體表面接觸；主控制器控制發(fā)射電路發(fā)射一定頻率的重復(fù)脈沖信號，激發(fā)探頭發(fā)射超聲波脈沖進(jìn)入試件，到達(dá)底面后反射回來，并由同一探頭接收。應(yīng)用較為廣泛的是脈沖回波法。 壓電式探頭主要由壓電晶體、吸收塊 (阻尼塊 )、保護(hù)膜等組成，其結(jié)構(gòu)如圖 。 按其原理又可分為：壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。 超聲波傳感器 超聲波傳感器：產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置，又稱為超聲換能器、超聲探頭。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為（ 9?2） （ 9?3） 式中： 、 —— 距聲源 x處的聲壓和聲強(qiáng)； x為聲波與聲源間的距離； —— 衰減系數(shù)，單位為 （奈培 /厘米）5. 聲阻抗 介質(zhì)有一定的聲阻抗，聲阻抗等于該介質(zhì)密度與超聲速度的乘積。 超聲波的基本性質(zhì)3. 反射及折射 超聲波在兩種介質(zhì)中傳播時(shí)，在它們的界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透射界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為折射波。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨溫度的變化而變化。它能在固體、液體或氣體中傳播；② 橫波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波稱為橫波，它只能在固體中傳播；③ 表面波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿著固體表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度增加而迅速衰減的波為表面波，工業(yè)應(yīng)用中主要采用縱波。頻率在 Hz之間的波，稱為微波。第 9章 其他傳感器 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器 超聲波的基本性質(zhì)振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡稱波。其頻率在 16 之間，能為人所聞的機(jī)械波，稱為聲波；低于 16 Hz的機(jī)械波，稱為次聲波；高于 2 Hz的機(jī)械波，稱為超聲波，如圖 。波長在 1mm1um的：太赫茲，以上可見光與射線圖 聲波的頻率界限圖 f/Hz 超聲波的基本性質(zhì)1. 波形通常有三種形式：① 縱波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波為縱波。2. 傳播速度超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。在常溫下，空氣中的聲速為 344 m／ s、水中聲速為 1497 m／ s，在鋼材中聲速為 5000 m／ s左右。4. 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，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。通過測量超聲波的輻射阻抗率，可測定媒介的密度、彈性模量、液體的粘度、液體的密度等。分類： 按其結(jié)構(gòu)可分為：直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。實(shí)際使用中壓電式探頭最為常見。壓電晶體多為圓形板，其厚度 d與超聲波頻率 成反比圖 壓電式超聲波探頭示意圖 超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用 超聲波測厚主要有脈沖回波法、共振法、干涉法等幾種。 其原理框圖如圖 。接收到的脈沖信號經(jīng)放大后進(jìn)入主控器的處理部分測量發(fā)射波與接收波的時(shí)間間隔，試件厚度：圖 脈沖回波法測厚原理圖因?yàn)榘l(fā)射探頭與接收探頭共用一個(gè)，在測量時(shí)存在盲區(qū)問題 。如果從發(fā)射超聲脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對物位進(jìn)行測量。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波均使用一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器完成。 超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用3. 超聲波流量傳感器圖 超聲波流量傳感器原理圖 超聲波在流體中傳播時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為 ，逆流方向的傳播時(shí)間為 ，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為 ，流體流動(dòng)速度為 ，則：由于 c遠(yuǎn)大于 v，所以：（ 9?6） （ 9?7） （ 9?9） 微波式傳感器 微波的性質(zhì)與特點(diǎn) 微波是波長為 1 mm~l m的電磁波，它具有電磁波的性質(zhì)又不同于普通無線電波和光波。這些特點(diǎn)構(gòu)成了微波檢測的基礎(chǔ)。由于微波波長很短，頻率很高 (300 M~300 GHz)，要求振蕩回路具有非常微小的電感與電容，故不能用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。 由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號需要用波導(dǎo)管 (波長在 10 cm以上可用同軸線 )傳輸，并通過天線發(fā)射出去。常用的有喇叭型天線、拋物面天線、介質(zhì)天線與隙縫天線等。若利用接收天線，接收通過被測物或由被測物反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號，再由測量電路測量和指示，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測過程。(1)反射式傳感器 這種傳感器通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時(shí)間間隔來表示被測物的位置、厚度等參數(shù)。 微波傳感器及其應(yīng)用2. 微波傳感器的應(yīng)用(1)微波液位計(jì)圖 微波液位計(jì)接收天線接收到的功率（ 9?10） 式中 —— 兩天線與被測液面間的垂直距離； —— 發(fā)射天線發(fā)射的功率； —— 發(fā)射天線的增益： —— 接收天線的增益。 微波傳感器及其應(yīng)用2. 微波傳感器的應(yīng)用(2)微波測定移動(dòng)物體的速度和距離 微波測定移動(dòng)物體的速度和距離是利用雷達(dá)能動(dòng)地將電波發(fā)射到對象物，并接受返回的反射波的能動(dòng)型傳感器。輸入接收機(jī)的反射波的電壓 可用下式表示 ：(9?13) 微波傳感器及其應(yīng)用2. 微波傳感器的應(yīng)用(2)微波測定移動(dòng)物體的速度和距離（續(xù)）當(dāng)物體靠近靶時(shí)，多卜勒頻率 為正；遠(yuǎn)離靶時(shí)， 為負(fù)。 但是，用此方法不能測定距離。若測定這兩個(gè)多卜勒輸出信號成分的相位差為 ，則可利用下式求出距離 ：(9?15) 除上述的應(yīng)用外，微波傳感器還有其他應(yīng)用，如：微波測厚儀、微波濕度傳感器、微波輻射計(jì) (溫度傳感器 )、微波無損檢測等。 核輻射式傳感器1. 核輻射式傳感器的物理基礎(chǔ)（ 1）核輻射 放射性同位素在衰變