微波传感器（二）：辐射计、无损检测仪、物位计与多普勒传感器

微波传感器（二）：辐射计、无损检测仪、物位计与多普勒传感器

本文件是《10.2 微波传感器》的第二部分，详细介绍了四种具体的微波传感器类型：微波辐射计（温度传感器）、微波无损检测仪、微波物位计和微波多普勒传感器。每种传感器均给出了工作原理、数学模型和典型应用。

微波辐射计（微波温度传感器）

微波辐射计利用任何温度高于环境温度的物体都会向外辐射能量的原理进行温度测量。在微波波段，普朗克公式可近似表示为：

其中 $e_0(\lambda ,T)$ 为微波辐射强度，$c$ 为光速，$k$ 为玻尔兹曼常数，$T$ 为温度，$\lambda$ 为微波波长。

微波温度传感器主要用于遥测，如航天器上对大气对流、大地测量与探矿、水质污染、植物种类、水域范围等进行遥测。近年来的重要应用是探测人体癌变组织——早期癌变组织比正常组织高约0.1°C，癌瘤组织偏高约1°C，精确测量0.1°C的温度差有助于早期发现癌变。

微波无损检测仪

微波在不连续界面处会产生反射、散射、透射，同时能与被检测材料相互作用，通过检测微波信号基本参数的改变可检测材料内部缺陷，且不造成破坏。检测时，当金属介质内有气孔时，气孔成为微波散射源，使微波信号相位发生变化。产生明显散射效应的条件为：

其中 $K=2\pi /\lambda$，$a$ 为气隙半径。当工作频率为36.5GHz（$\lambda =8.2$mm）时，可检出孔径最小直径约为2.6mm。

微波物位计

微波物位计通过检测接收天线接收到的微波功率变化来判断物位是否高于设定高度。当物位低于设定值时，接收功率为：

当物位升高到天线高度时，接收功率为：

其中 $\eta$ 为由被测物形状、材料性质、电磁特性等因素决定的系数。

微波多普勒传感器

利用多普勒效应探测运动物体的速度、方向与方位。多普勒频移公式为：

当物体靠近发射天线时取"+"号，远离时取"-"号。多普勒输出信号为：

通过发射两个不同波长的信号可确定距离 $r$：

应用包括交通管制车辆测速与定位跟踪、水文站流速测定、海洋气象站测定海浪与热带风暴、火车进站速度监控等。

微波定位传感器

本文件中仅列出标题，无详细内容。