微波雷达水分传感器应用于有耗介质水分测量研究

　　0　引言

　　雷达,特别是由探空雷达发展而来的雷达探测技术已经满足于解决测量目标的距离、方位和仰角,更重要是在精准检测方面还应用到包括测量目标的速度、加速度以及从目标回波中获取更多有关目标和影响目标的因素等信息检测。如气象信息,电磁干扰信息,非传统介质衰减信息等。

　　探地雷达,是利用超高频(3~30GHz)脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法,它同探空雷达方法不同,其主要研究的是影响电磁衰减的地质信息,因雷达波在地下有耗介质中传播时会产生衰减现象,这种现象一般认为由电导率、介电弛豫性质和磁弛豫性质等多种因素引起[1];电能衰减和磁能衰减的机理是相似的,其中由介质导电效应而引起的介质层间衰减影响为最大[2],一般来讲,探地雷达一般在非磁导介质中开展工作,所以在研究中,一般可以略去磁导介质对电磁波衰减的影响而这些因素又与地质构成的物理和化学物质特性紧密相关,故探地雷达针对有耗介质中传播的雷达波的高频衰减,电能衰减和磁能衰减的强弱来确定检测信息。根据前人的研究,由介质介电弛豫性质引起的电磁波衰减中,电能损失量中的松弛因子可以描述成由位移量与电场强度矢量的褶积关系式来表达[3],在这个褶积关系中,介电常数是复数,并随频率大小而变化。实际应用中,探地雷达方法由于采用的频率高,探测分辨尺度可达10-1m,因此广泛应用于工程地质勘查、岩土调查以及环境污染评价等应用领域。

　　1　微波雷达水分传感器

　　微波雷达水分传感器是通过发射、传播介质、接收高频电磁波后通过信号处理电路分析出介质水分含量的电法检测传感器。依照测量方案的不同,可分为三种:反射式微波雷达水分传感器、透射式(遮挡式)微波雷达水分传感器和混合式(导波式)微波雷达水分传感器。它们主要由天线、发射和接收装置、信号处理器、人机接口、电源等组成。其中,反射式微波雷达(非接触式)传感器,随着电子技术的发展,其成本大幅降低后可以在诸多特殊工况应用中获得精准的测量效果,满足广大工业用户的需求;透射式(遮挡式)微波雷达传感器,通过收发天线的组合应用,弥补了传统射频电容法测试的不足,让点对点间的介质测量数据既精确又可靠;导波雷达传感器则借助圆波导或方波导对雷达波的无损传输,能适应检测工况的特殊要求,既可以全反射,也可以全发射,这样可以将环境因素影响测量的不良效果降的更低。

　　上述测量方法并不是指微波雷达技术就是一种万能的测量技术,可以测量所有的介质,而是相对而言,微波雷达探测技术恰恰弥补了光纤雷达探测的不足之处。