基本介紹
- 中文名:微波雷達水分感測器
- 技術:雷達檢測技術
- 優點:安全且節能
- 類型:感測器
檢測原理,微波水分感測器的優點,2.1 反射式微波雷達水分感測器,2.2 透射式(遮擋式)水分感測器,2.3 混合式(導波式)微波雷達水分感測器,3.2 安全且節能,3.3 免維修且可靠性強,3.4 幾乎可以測量所有介質,
檢測原理
微波雷達水分感測器是利用雷達檢測技術獲取被測介質對特定製式電磁波的透射或反射(或稱為二次散射)傳播信息來確定有關介質中水分含量大小的感測器。套用微波雷達檢測近距離或接觸式有耗介質含水量具有快速、無損、連續檢測,測試結果一目了然,分析、判讀直觀方便等特點
微波水分感測器的優點
微波雷達水分感測器涉及的雷達測量技術包含有三種:反射式、透射式(遮擋式)和混合式(導波式)三種微波雷達水分感測器。其中,反射式微波雷達(非接觸式)感測器,隨著電子技術的發展,其成本大幅降低後可以在諸多特殊工況套用中獲得精準的測量效果,滿足廣大工業用戶的需求;透射式(遮擋式)微波雷達感測器,通過收發天線的組合套用,彌補了傳統射頻電容法測試的不足,讓點對點間的介質測量數據既精確又可靠;導波雷達感測器則藉助圓波導或方波導對雷達波的無損傳輸,能適應檢測工況的特殊要求,既可以全反射,也可以全發射,這樣可以將環境因素影響測量的不良效果降的更低。
2.1 反射式微波雷達水分感測器
反射式微波雷達水分感測器,天線發射出特定調製的頻率信號,經被測介質反射後,天線接收回波信號,比較兩信號的能量損失,由於回波信號能量主要受介質水分含量的影響而變化,故將檢測回波與發射信號瞬間的能量差異和介質的溫度等信息進行融合,通過標準的水分標定表(模板)刻度,就可以得到被測介質的水分含量。通常,天線最好能和被測介質能自然接觸,如浸入式或表面接觸式。由於,這種感測器天線的設計輻射能約為1mW,當這種信號在空氣中傳播時,能量衰減較快,當微波信號到達物位表面並反射時,信號強度也就是振幅,與介質的介電常數有直接關係,介電常數非常低的非導電類介質,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,能量又進一步衰減,這樣,接收天線接收到的返回信號能量大致只有發出信號能量的1%,當不用於上述要求天線和檢測介質不直接接觸時,這種水分儀表的性能指標會有所降低,甚至無法正常使用。
2.2 透射式(遮擋式)水分感測器
透射式(遮擋式)水分感測器,這種感測器技術就是由發射天線發射一束調製脈衝信號,該信號透過被測介質並由接收天線接收到信號後進行解調,取出信號的幅度和相位變化信息,這些信息再綜合其他參數,如溫度補償後,由DSP進行多感測器信息融合,經水分標定模板(表)比較後,直接輸出介質水分含量的大小;對氣體介質而言,則求出濕度的大小。顯然這種感測器在技術上比較複雜,成本也比較高,它綜合套用了TDR時域反射原理,ETS等時採樣原理和超高速計時方法的充分組合。可精準測量介質的水分含量。由於透射的技術選擇,故這種感測器對被測介質有要求,即介質對電磁波既不能被全反射,也不能全吸收,這種感測器類似於射頻電容法測試的組合,兩電容極板等效於兩側天線,介質也等效於被測介質。
2.3 混合式(導波式)微波雷達水分感測器
為了彌補透射式(遮擋式)水分感測器的不足之處,混合式(導波式)微波雷達水分感測器應運而生,其工作原理與前述兩種非常相似,其基礎是電磁波的時域反射性TDR(Time Domain Refectory)和ETS等時採樣原理的套用。混合式(導波式)微波雷達水分感測器運用TDR原理(時域反射原理),TDR發生器產生一個沿導波桿向下傳送的調製電磁脈衝波,當遇到比先前傳導介質(空氣或蒸發氣)介電常數大的介質表面時,脈衝波會被反射。用超高速計時電路來計算脈衝波的傳導時間差,從而達到精確測量水分含量大小。多年來,TDR一直被用於電纜故障探測儀,通過它檢測發現埋地電纜和牆內埋設電纜的斷頭。測電纜斷頭時,TDR發生器發出的電磁脈衝信號沿電纜傳播,到達斷頭處就會產生測量反射脈衝;同時,在接收器中預先設定的與電纜總長度相應的阻抗變化也引發出一個基準脈衝,將反射脈衝與基準脈衝相比較,可精確定位斷頭的位置。將該原理用於水分測量時,TDR發生器每秒中產生數十萬個能量脈衝沿波導體傳導,當到達待測介質表面時,產生一個水分反射原始脈衝;與此同時在探頭的頂部預設一個等量水分定值的標準阻抗,用以產生一個可溯源的可靠基準脈衝,該脈衝又稱為基準反射脈衝。雷達水分感測器檢測到介質反射原始脈衝,並與基準反射脈衝相比較,從而得到水分測量的數值,這就是混合式(導波式)雷達微波水分儀表的工作過程。ETS等時採樣原理用於測量高速、低功率的電磁信號,是基於TDR 的測量技術套用的關鍵。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),並且在等值的時間裡重新構造它們,以利於更好使用先進的技術測量。混合式(導波式)微波雷達水分感測器不受溫度、壓力、流速的影響,與介質表面無接觸,快速且精確地測量不同介質的水分,是高性價比選擇的上策。
3.2 安全且節能
微波雷達水分感測器不但可以在高溫高壓下進行測量而且準確、安全且節省能源,感測器的發射功率只有每平方厘米幾個微瓦,因此可以不受任何限制將其套用於各種場合。在實際套用中,通過金屬外壁就可將雷達信號完全螢幕蔽。感測器所使用的材料的化學性和機械性都相當穩定,而且材料可以再循環利用。
3.3 免維修且可靠性強
雷達波不受干擾,由於雷達式感測器的各部件均不能被拆開而且沒有機械磨損,所以雷達式感測器可以被套用於各種場合。通過使用高級材料,雷達水分感測器對於極複雜的化學和物理條件都很耐用,它可以提供準確可靠且長期穩定的模擬量或數字量信號。
3.4 幾乎可以測量所有介質
雷達信號是否可以被反射,取決於兩個因素:被測介質的導電性,被測介質的介電常數。所有導電的介質都能很好地反射雷達信號,雷達感測器可以測量所有介電常數大於1.5的介質(空氣的介電常數是1),儘管介質的導電性不是很好,也能被很準確地測量。
實物照片