模块八 微波和超声波传感器及其应用（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

模块八 微波和超声波传感器 及其应用 课题一 微波传感器 任务目标 ★ 理解微波的性质与特点； ★ 熟悉常见的微波天线的形状与使用； 一、微波传感器概述 微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。包括感应物体的存在，运动速度，距离，角度信息等。 1．微波的性质与特点 在电磁波谱图中人们把波长为1mm~1m的电磁波称做微波，它既有电磁波的特性，又与普通的无线电波及光波不同，微波具有下述特点： ① 可定向辐射，在空间沿直线传输，容易制造。 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。 2．微波振荡器与微波天线 微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。由微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状。 二、微波传感器及其分类 微波传感器就是利用微波特性来检测一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，再经过信号处理电路处理，并根据发射与接收时间差，即可显示出被测量，实现了微波检测过程，根据上述原理制成的微波传感器可以分为如下两类： 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、厚度等参数的。 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。 三、微波传感器的优点与存在问题 1．微波传感器的优点 由于微波本身的特点决定了微波传感器具有以下优点： ① 可以实现非接触测量，因此可进行活体检测，大部分测量不需要取样。 ② 检测速度快，灵敏度高，可以进行动态检测与实时处理，便于自动控制。 ③ 可以在恶劣环境条件下检测，如高温、高压、有毒及有放射线环境条件。 ④ 输出信号可以方便地调制在载频信号上进行发射与接收，便与实现遥测与遥控。 2．微波传感器存在的问题 微波传感器的主要问题是零点漂移和标定问题尚未得到很好的解决。此外，使用时外界因素影响较多，如温度、高压及取样位置等。 四、任务分析 RTMS——远程交通微波传感器是一种价格低、性能优越的交通检测器，可广泛应用于城市交通和高速公路的交通信息检测。一台RTMS可同时检测多达8个车道的车流量、道路占用率、平均车速和长车流量。图8-3所示为RTMS——远程交通微波传感器示意图。 图8-3 RTMS——远程交通微波传感器示意图 1．工作原理 RTMS工作在微波波段，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上留下一条长长的投影。RTMS以2m为一“层”，将投影分割为32层。用户可将检测区域定义为一层或多层。RTMS根据被检测目标返回的回波，测算出目标的交通信息，每隔10~600s，通过RS—232向控制中心发送。 2．技术规格 （1）探测区域 垂直射角：45°；水平射角：15°；有效距离：3~60m。 （2）探测能力 车道数量：8车道；车道宽度：2~10m范围可调；车道长度：2m；探测时间：使用无极性接触器输出，时间间隔为10ms。延持时间可编程控制在30ms~3s之间；统计周期：以10s为间隔，最大可达600s。 （3）测量精度 实时探测：精度98%以上；正向平均车速：误差低于5%；旁侧平均车速：误差低于10%；车流量、道路占用率、长车流量：误差低于5%。 （4）电源要求 12~24V交流/直流，功率为6W，电源冲击防护符合1980版IEEE 587标准，C项（外部电源线）；电源故障恢复：出现电源故障5秒内自动恢复。 （5）微波发射 波段：10.525GHz；瞬时频宽：45MHz；发射功率：10mW 五、任务设计 1．多道性 多数车辆检测器为单车道设备。在多车道的公路上应用时，在每一安装处都需由多个检测器单元组成。因此带来高额的成本和复杂的安装，并且随着单元和布线的增加使得可靠性下降且更不便于维修。RTMS能够根据车的长度探测在多达8条车道的每条车道上的车的类型、道路占用率、流量和平均速度。由于RTMS的安装高度在5米左右，所以可方便地放置在现有的电线杆上。多道性使RTMS平均在每条车道上安装的方便性、可靠性及稳定性方面的性价比很高。 2．真实再现 多数交通检测器都不是再现式设备，如果物体移动得很慢或不动，则不能够探测到交通情况。被动