1 反射式微波雷達(dá)水分傳感器

　　反射式微波雷達(dá)水分傳感器，天線發(fā)射出特定調(diào)制的頻率信號，經(jīng)被測介質(zhì)反射后，天線接收回波信號，比較兩信號的能量損失，由于回波信號能量主要受介質(zhì)水分含量的影響而變化，故將檢測回波與發(fā)射信號瞬間的能量差異和介質(zhì)的溫度等信息進(jìn)行融合，通過標(biāo)準(zhǔn)的水分標(biāo)定表(模板)刻度，就可以得到被測介質(zhì)的水分含量。

　　通常，天線最好能和被測介質(zhì)能自然接觸，如浸入式或表面接觸式。由于，這種傳感器天線的設(shè)計輻射能約為1mW，當(dāng)這種信號在空氣中傳播時，能量衰減較快，當(dāng)微波信號到達(dá)物位表面并反射時，信號強(qiáng)度也就是振幅，與介質(zhì)的介電常數(shù)有直接關(guān)系，介電常數(shù)非常低的非導(dǎo)電類介質(zhì)，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(jìn)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(fā)出信號能量的1%，當(dāng)不用于上述要求天線和檢測介質(zhì)不直接接觸時，這種水分儀表的性能指標(biāo)會有所降低，甚至無法正常使用。

　　2 透射式(遮擋式)水分傳感器

　　透射式(遮擋式)水分傳感器，這種傳感器技術(shù)就是由發(fā)射天線發(fā)射一束調(diào)制脈沖信號，該信號透過被測介質(zhì)并由接收天線接收到信號后進(jìn)行解調(diào)，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(shù)，如溫度補(bǔ)償后，由DSP進(jìn)行多傳感器信息融合，經(jīng)水分標(biāo)定模板(表)比較后，直接輸出介質(zhì)水分含量的大小;對氣體介質(zhì)而言，則求出濕度的大小。顯然這種傳感器在技術(shù)上比較復(fù)雜，成本也比較高，它綜合應(yīng)用了TDR時域反射原理，ETS等時采樣原理和超高速計時方法的充分組合。可精準(zhǔn)測量介質(zhì)的水分含量。由于透射的技術(shù)選擇，故這種傳感器對被測介質(zhì)有要求，即介質(zhì)對電磁波既不能被全反射，也不能全吸收，這種傳感器類似于射頻電容法測試的組合，兩電容極板等效于兩側(cè)天線，介質(zhì)也等效于被測介質(zhì)。

　　3 混合式(導(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器

　　為了彌補(bǔ)透射式(遮擋式)水分傳感器的不足之處，混合式(導(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器應(yīng)運(yùn)而生，其工作原理與前述兩種非常相似，其基礎(chǔ)是電磁波的時域反射性TDR(Time Domain Refectory)和ETS等時采樣原理的應(yīng)用。

　　混合式(導(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器運(yùn)用TDR原理(時域反射原理)，TDR發(fā)生器產(chǎn)生一個沿導(dǎo)波桿向下傳送的調(diào)制電磁脈沖波，當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)(空氣或蒸發(fā)氣)介電常數(shù)大的介質(zhì)表面時，脈沖波會被反射。用超高速計時電路來計算脈沖波的傳導(dǎo)時間差，從而達(dá)到精確測量水分含量大小。多年來，TDR一直被用于電纜故障探測儀，通過它檢測發(fā)現(xiàn)埋地電纜和墻內(nèi)埋設(shè)電纜的斷頭。

　　測電纜斷頭時，TDR發(fā)生器發(fā)出的電磁脈沖信號沿電纜傳播，到達(dá)斷頭處就會產(chǎn)生測量反射脈沖;同時，在接收器中預(yù)先設(shè)定的與電纜總長度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)出一個基準(zhǔn)脈沖，將反射脈沖與基準(zhǔn)脈沖相比較，可精確定位斷頭的位置。

　　將該原理用于水分測量時，TDR發(fā)生器每秒中產(chǎn)生數(shù)十萬個能量脈沖沿波導(dǎo)體傳導(dǎo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)待測介質(zhì)表面時，產(chǎn)生一個水分反射原始脈沖;與此同時在探頭的頂部預(yù)設(shè)一個等量水分定值的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，用以產(chǎn)生一個可溯源的可靠基準(zhǔn)脈沖，該脈沖又稱為基準(zhǔn)反射脈沖。雷達(dá)水分傳感器檢測到介質(zhì)反射原始脈沖，并與基準(zhǔn)反射脈沖相比較，從而得到水分測量的數(shù)值，這就是混合式(導(dǎo)波式)雷達(dá)微波水分儀表的工作過程。ETS等時采樣原理用于測量高速、低功率的電磁信號，是基于TDR 的測量技術(shù)應(yīng)用的關(guān)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)，并且在等值的時間里重新構(gòu)造它們，以利于更好使用先進(jìn)的技術(shù)測量?；旌鲜?導(dǎo)波式)微波雷達(dá)水分傳感器不受溫度、壓力、流速的影響，與介質(zhì)表面無接觸，快速且精確地測量不同介質(zhì)的水分，是高性價比選擇的上策。

　　1 檢測優(yōu)勢

　　1)不影響被測介質(zhì)的自然屬性;

　　2)高頻電磁波信號易于長距離傳送，可測大量程;

　　3)不受空間氣相條件變化的影響;

　　微波雷達(dá)通過發(fā)射和接收高頻(GHz)級電磁波，計算電磁波到達(dá)介質(zhì)表面并反射回到接收天線的時間和電磁波幅度來進(jìn)行水分測量，而電磁能量的傳送不易受到傳播空間性質(zhì)的局限性，它可以在高/低壓(真空)或具有汽化介質(zhì)的條件下傳播，并且氣體的波動也不影響電磁波的傳播。

　　2 安全且節(jié)能

　　微波雷達(dá)水分傳感器不但可以在高溫高壓下進(jìn)行測量而且準(zhǔn)確、安全且節(jié)省能源，傳感器的發(fā)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應(yīng)用于各種場合。在實際應(yīng)用中，通過金屬外壁就可將雷達(dá)信號完全屏蔽。傳感器所使用的材料的化學(xué)性和機(jī)械性都相當(dāng)穩(wěn)定，而且材料可以再循環(huán)利用。

　　3 免維修且可靠性強(qiáng)

　　雷達(dá)波不受干擾，由于雷達(dá)式傳感器的各部件均不能被拆開而且沒有機(jī)械磨損，所以雷達(dá)式傳感器可以被應(yīng)用于各種場合。通過使用高級材料，雷達(dá)水分傳感器對于極復(fù)雜的化學(xué)和物理條件都很耐用，它可以提供準(zhǔn)確可靠且長期穩(wěn)定的模擬量或數(shù)字量信號。

　　4 幾乎可以測量所有介質(zhì)

　　雷達(dá)信號是否可以被反射，取決于兩個因素：被測介質(zhì)的導(dǎo)電性，被測介質(zhì)的介電常數(shù)。所有導(dǎo)電的介質(zhì)都能很好地反射雷達(dá)信號，雷達(dá)傳感器可以測量所有介電常數(shù)大于1.5的介質(zhì)(空氣的介電常數(shù)是1)，盡管介質(zhì)的導(dǎo)電性不是很好，也能被很準(zhǔn)確地測量。