1、微波傳感器,微波傳感器,概述,微波是一種高頻率的電磁波，其頻率范圍約在300300 000MHz(相應(yīng)的波長(zhǎng)為10001cm)在300MHz至300GHz之間它具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性微波量子的能量為1 99l0 -25 19910-22j它與生物組織的相互作用主要表現(xiàn)為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。微波能夠透射到生物組織內(nèi)部使偶極分子和蛋白質(zhì)的極性側(cè)鏈以極高的頻率振蕩，引起分子的電磁振蕩等作用，增加分子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生。微波還能夠?qū)滏I、疏水鍵和范德華產(chǎn)生作用，使其重新分配，從而改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象與活性。生物體的非熱特性一 生物效應(yīng)是微波的

2、重要特性之一，它已成為醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方面研究的一個(gè)重要方面，同時(shí)它也能為微波理療或微波手術(shù)等方面提供理論依據(jù) 隨著人們對(duì)微波加熱技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入，它已引起了許多科學(xué)工作者的關(guān)注，并在一些方面進(jìn)行了深入而廣泛的研究。,概述： 微波傳感器是利用微波特性來檢測(cè)一些物理量的器件。包括感應(yīng)物體的存在，運(yùn)動(dòng)速度，距離，角度信息。,微波傳感器-原理： 由發(fā)射天線發(fā)出的微波，遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使功率發(fā)生變化。若利用接收天線接收通過被測(cè)物體或由被測(cè)物反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由測(cè)量電路處理，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。,微波傳感器主要由微波振蕩器和微波天線組成。微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。構(gòu)成微波振

3、蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體元件。由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)需用波導(dǎo)管傳輸，并通過天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有一致的方向性，天線應(yīng)具有特殊的構(gòu)造和形狀。,分類 （1）反射式 （2）遮斷式 具體的有：微波測(cè)厚儀、微波液位計(jì)、微波式物位計(jì),11 微波的特性 111 選擇性加熱 物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的 物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。 物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而

4、蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比水小得多。因此，對(duì)于食品來說，含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大,112 穿透性 微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。 113 熱慣性小 微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化

5、生產(chǎn)的需要。,12 微波的生物效應(yīng)機(jī)制 當(dāng)微波作用于生物體時(shí)，在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下，生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化，因此也就必然產(chǎn)生某些生物效應(yīng)微波的生物效應(yīng)主要是由微波的熱效應(yīng)，其次是非熱效應(yīng)所引起的 12.1 微波的熱效應(yīng) 微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對(duì)生物體產(chǎn)生的生理影響熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場(chǎng)的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱；體內(nèi)離子在微波作用下振動(dòng)也會(huì)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量；一般分子也會(huì)吸收微波能量后使熱運(yùn)動(dòng)能量增加如果生物體組織吸收的微波能量較少，它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過血循環(huán)將吸收的微波能量(熱量

6、)散發(fā)至全身或體外如果微波功率很強(qiáng)，生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量，則引起該部位體溫升高局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，如使局部血管擴(kuò)張，并通過熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速，組織代謝增強(qiáng)，白細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)，促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收和消散等,12.1.1 微波的加熱優(yōu)點(diǎn) 微波自身的特性決定了微波具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)加熱迅速，均勻。不需熱傳導(dǎo)過程，且具有自動(dòng)熱平穩(wěn)性能，避免過熱。 (2)加熱質(zhì)量高，營(yíng)養(yǎng)破壞少，能最大限度的保持食物的色、香，味，減少食物中維生素的破壞。 (3)安全衛(wèi)生無污染，對(duì)食品的殺菌能力強(qiáng).因?yàn)槲⒉苁强刂圃诮饘僦瞥傻募訜崾覂?nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄露被有效的抑

7、制，沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。既不污染食物，也不污染環(huán)境。微波殺菌除了熱效應(yīng)之外還有生物效應(yīng)，許多病菌在微波加熱不到100時(shí)就全部被殺死。 (4)節(jié)能高效。由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱，沒有經(jīng)過其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此除少量的傳輸損耗外幾乎無其他損耗。比一般常規(guī)加熱省電約30%-50%。 (5)具有快速解凍功能。在微波場(chǎng)中，凍結(jié)食品在從內(nèi)到外同時(shí)吸收微波能量，使凍結(jié)食品整體發(fā)熱，容易形成整體均一的解凍，縮短解凍時(shí)間，迅速越過一50C - 0這個(gè)易發(fā)生蛋白質(zhì)變性、食品變色變味的溫度帶，以保持食品的品質(zhì)不致下降。,122 微波的非熱效應(yīng) 微波的非熱效應(yīng)是指除熱效

8、應(yīng)以外的其他效應(yīng)，如電效應(yīng)、磁效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)等在微波電磁場(chǎng)的作用下，生物體內(nèi)的一些分子將會(huì)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，使細(xì)胞膜功能受到影響，使細(xì)胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用的改變，進(jìn)而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經(jīng)傳導(dǎo)電位、細(xì)胞活動(dòng)膜電位等)的節(jié)律，會(huì)導(dǎo)致心臟活動(dòng)、腦神經(jīng)活動(dòng)及內(nèi)分泌活動(dòng)等一系列障礙對(duì)微波的非熱效應(yīng)，人們還了解的不很多當(dāng)生物體受強(qiáng)功率微波照射時(shí)，熱效應(yīng)是主要的(一般認(rèn)為，功率密度在在10mWcm2者多產(chǎn)生微熱效應(yīng)且頻率越高產(chǎn)生熱效應(yīng)的閾強(qiáng)度越低)；長(zhǎng)期的低功率密度(1 m Wcm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應(yīng),13 微波在農(nóng)業(yè)科學(xué)上的應(yīng)用 微

9、波對(duì)許多發(fā)芽率低或發(fā)芽慢的農(nóng)作物或林術(shù)種子都作了催芽試驗(yàn)， 以探索能否提高發(fā)芽率。種子含水量對(duì)處理效果有明顯影響， 一般說來， 低含水率種子受加熱處理的影響大， 也能忍受較高溫度不致受損。微波具有顯著熱效應(yīng)，而且有促進(jìn)G0細(xì)胞進(jìn)入增殖周期（CarpitaNC1976）。,另外，胡燕月等（1996）胡萱日等（1995），分別比較研究了微波和熱擊處理水稻種子的生物學(xué)效應(yīng)，在相同升溫(45)下，結(jié)果表明微波處理可極顯著促進(jìn)芽活力，熱擊處理則可以極顯著促進(jìn)根活力 。賴麟與馮鴻（1997）利用50W、200W和500W的微波照射白蘭瓜種子，發(fā)現(xiàn)200W功率的微波處理可以極顯著地提高其發(fā)芽率，同時(shí)也能顯著

10、地提高萌發(fā)話力。200w微波處理的種子從萌發(fā)24小時(shí)起，其淀粉酶含量顯著地高于對(duì)照，48小時(shí)期淀粉酶同工酶有新的酶帶產(chǎn)生。說明這一功率的微波能有效地激話白蘭瓜種子萌發(fā)期的淀粉酶，加速物質(zhì)和能量的代謝，從而提高種子萌發(fā)活力。黃桂琴等（1999）利用105W微波輻射黃瓜種子10s、20s，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提早長(zhǎng)出真葉株高增加。處理種子的時(shí)聞為30s，促進(jìn)種子早出苗但隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)株高被抑制，葉片數(shù)也減少當(dāng)輻射劑量105W ，處理種子的時(shí)間分刷為85、10s、l4s，促進(jìn)黃瓜幼苗的主根和側(cè)根增長(zhǎng)與脫氳酶活性增加，表明根活力增強(qiáng)楊俊紅等（2003；2004）利用正交試驗(yàn)研究了微波處理對(duì)白菜種子萌發(fā)特性及其耐

11、鹽性的影響。結(jié)果表明：微波處理前，萌發(fā)環(huán)境的含鹽量對(duì)種子發(fā)芽率的影響最大，而且含鹽量和堿性的影響較顯著；經(jīng)微波處理后，萌發(fā)環(huán)境的含鹽量和堿性對(duì)種子發(fā)芽率的影響處于次要地位，而且無顯著性；優(yōu)選條件下種子的發(fā)芽率比對(duì)照組明顯提高。 PReddy與D.JMyeoek（2000）應(yīng)用非破壞性的有效微波照大豆種子30秒鐘對(duì)種子的生存力、活性有促進(jìn)作用但對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)沒有影響。,14 微波的生物效應(yīng)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 利用微波生物效應(yīng)可以用來診斷各種腫瘤、胸部疾病、肺氣腫、肺水腫，測(cè)量動(dòng)脈血管壁的厚度等。特別是利用微波生物效應(yīng)治療腫瘤具有特殊的意義。因?yàn)槟[瘤組織的血液循環(huán)和導(dǎo)熱性能比正常組織要差 在受到微

12、波照射肘，腫瘤組織的溫升比周圍的正常組織通常要高出13。若適當(dāng)控制加熱溫度，使腫瘤細(xì)胞內(nèi)溫度達(dá)到42 uc以上時(shí) 即可將癌細(xì)胞殺死，而不致傷害健康組織，故利用微波可殺死缺氧和低pH值的抗放射腫瘤細(xì)胞。如果將微波熱療與放射性治療以及學(xué)治療結(jié)臺(tái)起來，則可收到更好的治療效果。,目前已廣泛地開展了實(shí)驗(yàn)研究工作，有不少國(guó)家和地區(qū)正在臨床應(yīng)用 最近幾年里，對(duì)肝癌和腦部組織癌變進(jìn)行熱療，并取得了豐富的資料（陳夷等，1999）。我國(guó)學(xué)者在利用微波治療肝癌、直腸癌和口腔癌方面已取得了十分明顯的成果。另外，將手術(shù)刀刃與微波輻射結(jié)合在一起，也是一種應(yīng)用形式。由于微波能量具有自日溫和凝血的作用 及在一定的程度上具有滅

13、菌的作用，故這種形式的手術(shù)刀特別適用于細(xì)血管分布很密的人體組織（陳夷等，1999）。例如眼睛和肝臟的手術(shù)過程。,目前尚待完善的地方是如何使微波輻射的能量更加集中從而取得更好的效果。同樣在醫(yī)用和醫(yī)藥工業(yè)中可以將微波用于滅菌，效果又快又好。此外，用強(qiáng)脈沖功率的做波照射實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腦部使其溫度達(dá)到42以上，可在數(shù)秒鐘之內(nèi)殺死動(dòng)物并使其腦中的酶系統(tǒng)同時(shí)全部均勻地滅活，從而中止了生物化學(xué)反應(yīng)，使腦內(nèi)的耐熱活性物質(zhì)可保持原來的成分，這樣就可用來研究神經(jīng)化學(xué)的特性和功能,微波爐（microwaveoven/microwave） 顧名思義，就是用微波來煮飯燒菜的。微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具。微波

14、是一種電磁波。微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調(diào)腔等部分組成。電源向磁控管提供大約4000伏高壓，磁控管在電源激勵(lì)下，連續(xù)產(chǎn)生微波，再經(jīng)過波導(dǎo)系統(tǒng)，耦合到烹調(diào)腔內(nèi)。在烹調(diào)腔的進(jìn)口處附近，有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的攪拌器，因?yàn)閿嚢杵魇秋L(fēng)扇狀的金屬，旋轉(zhuǎn)起來以后對(duì)微波具有各個(gè)方向的反射，所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調(diào)腔內(nèi)。微波爐的功率范圍一般為5001000瓦。從而加熱食物。,這種電磁波的能量不僅比通常的無線電波大得多，而且還很有“個(gè)性”，微波一碰到金屬就發(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(huì)消耗能量；而含有水分的食物，微波不但能透過，其能量反而會(huì)被吸收。

15、微波是指波長(zhǎng)為0.0011米的無線電波，其對(duì)應(yīng)的頻率為30000兆赫到300兆赫。為了不干擾雷達(dá)和其他通信系統(tǒng)，微波爐的工作頻率多選用915兆赫或2450兆赫,微波加熱原理 微波加熱的原理簡(jiǎn)單說來是：當(dāng)微波輻射到食品上時(shí)，食品中總是含有一定量的水分，而水是由極性分子（分子的正負(fù)電荷中心，即使在外電場(chǎng)不存在時(shí)也是不重合的）組成的，這種極性分子的取向?qū)㈦S微波場(chǎng)而變動(dòng)。由于食品中水的極性分子的這種運(yùn)動(dòng)。 以及相鄰分子間的相互作用，產(chǎn)生了類似摩擦的現(xiàn)象，使水溫升高，因此，食品的溫度也就上升了。用微波加熱的食品，因其內(nèi)部也同時(shí)被加熱，使整個(gè)物體受熱均勻，升溫速度也快。它以每秒24.5億次的頻率，深入食物

16、5cm進(jìn)行加熱，加速分子運(yùn)轉(zhuǎn)。,微波遙感是傳感器的工作波長(zhǎng)在微波波譜區(qū)的遙感技術(shù)，是利用紅外光束投射于物體表面，由其反射回的微波波長(zhǎng)改變及色偏確定其大小、形態(tài)以及移動(dòng)速度的技術(shù)。 常用的微波波長(zhǎng)范圍為0. 830厘米。其中又細(xì)分為K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。微波遙感的工作方式分主動(dòng)式（有源）微波遙感和被動(dòng)式（無源）微波遙感。前者由傳感器發(fā)射微波波束再接收由地面物體反射或散射回來的回波，如側(cè)視雷達(dá)；后者接收地面物體自身輻射的微波，如微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)等。,微波對(duì)射,微波遙感的突出優(yōu)點(diǎn)是具全天候工作能力，不受云、雨、霧的影響，可在夜間工作，并能透過植被、冰雪和干沙土，以獲得近地面以下的信息。廣泛應(yīng)用于海洋研究、陸地資源調(diào)查和地圖制圖。 微波雷達(dá)可探測(cè)出目的物體的較細(xì)節(jié)的特征，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫，可以分析出目標(biāo)到底是什么。 緊縮場(chǎng)：可以讓球形電磁波變成平面電磁波。 被動(dòng)接收機(jī)的靈敏度大大高于主動(dòng)接收機(jī)的靈敏度。,24GHZ雷達(dá)傳感器 24GHZ雷達(dá)傳感器是也是微波傳感器的一種，常見的有10GHZ，24GHZ，35GHZ， 77GHZ頻段，其中24GHZ和77G