一种新型的微波探测方法及装置和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于监测工程领域，具体涉及一种新型的微波探测方法及装置和应用。
【背景技术】
[0002]随着现代高技术的发展，微波在军事、民用方面已得到广泛的应用，并已在发达国家中作为重要的“软杀伤”武器进行研制，受到人们的关注。微波辐照生物时，必须准确掌握其辐照场强才能精确判断剂量-效应关系。目前微波探测所需换能器大多为接收天线。
[0003]接收天线利用天线的接收模式，它把无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，变换成在传输线上传播的导行波，最后变换为交变电流测量设备接收。天线接收微波有很多缺点:第一，天线的谐振频率与天线的尺寸有关，对于单级直立天线，谐振波长(速度/频率)在1/4波长处，这就造成低频率微波所需的天线尺寸较大，因而测量的空间分辨率较低；第二，如果是测量脉冲式微波场，当脉冲宽度较小时，电流测量设备需要有足够快的响应，比如测量ns级的脉冲微波，电流测量设备的采样率就必须大于GHz量级，成本较大。
[0004]因为微波热声信号正比于微波能量大小，因此可以利用微波热声效应测量微波场分布。然而微波热声效应中有微波-热和热-声两个转换过程，转换效率较低，因此热声信号通常较弱，探测灵敏度较低。
[0005]当在压电材料表面施加电场(电压)，因电场作用时电偶极矩会被拉长，压电材料为抵抗变化，会沿电场方向伸长。这种通过电场作用而产生机械形变的过程称为“逆压电效应”。现有技术中逆压电效应一般应用于电声转换，如扬声器，超声发射器，心脏起搏器等领域。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种新型的微波探测方法；该方法利用逆压电效应测量微波场能量密度分布，快速、精度高、空间分辨率高、成本低、实用性强。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种新型的微波探测装置。
[0008]本发明的再一目的在于提供上述微波探测方法的应用。
[0009]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]一种新型的微波探测方法，包括以下步骤:
[0011](I)开启被测微波源，将一体化探测器置于微波场中，移动一体化探测器；
[0012](2)在被测微波场的激发下，一体化探测器中的压电声源由于逆压电效应，应激产生声信号；压电声源产生的声信号经过一体化探测器中的声耦合装置后被一体化探测器中的声探测器接收，产生电信号，电信号经过放大器放大后，再通过采集和显示系统进行数据采集、处理、显示和储存；一体化探测器每移动一步，采集和显示系统采集并存储一次数据；
[0013](3)利用采集和显示系统记录的声信号，绘制微波分布图像，完成微波场能量密度分布的测量。
[0014]优选的，步骤(3)中用计算机软件绘制微波分布图像。
[0015]一种新型的微波探测装置，包括被测微波源、一体化探测器、放大器、以及采集和显示系统；所述一体化探测器、放大器、以及采集和显示系统依次连接，所述被探测微波源置于一体化探测器周围。
[0016]所述一体化探测器在被测波源的激发下产生声信号，并将声信号转为电信号，电信号经放大器放大后通过采集和显示系统进行数据采集、处理、显示和储存。
[0017]优选的，所述一体化探测器包括声探测器、声耦合装置和压电声源，所述声耦合装置包括耦合腔与耦合媒介；所述声探测器与压电声源分别安装于耦合腔两端，所述耦合媒介置于耦合腔中。
[0018]所述声耦合装置将压电声源产生的声信号耦合到声探测器，产生电信号。
[0019]更优选的，所述压电声源为压电陶瓷或压电晶体。
[0020]所述压电声源作用是将微波能量转换为声信号。其采用具有压电性质的固体材料(如压电陶瓷，压电晶体等)，一般将其加工成片状，镀以金属电极。压电声源的纵向尺寸(厚度)由微波波长决定，要求微波在纵向形成驻波，即纵向尺寸为待探测微波在此材料中半波长的整数倍。一般来说，待探测的频率越高，压电声源的厚度越薄，反之亦然。横向尺寸决定了信号幅值和空间分辨率，横向尺寸越小，测量的空间分辨率越高，但是所接收到的信号幅值越小，灵敏度下降，反之亦然，横向尺寸应在实际应用时综合考虑空间分辨率和灵敏度。
[0021 ] 所述声探测器作用是将压电声源产生的声信号转换成电信号。要求其谐振频率与压电声源工作频率相同或相近，目的是最大程度的接收声信号，提高灵敏度。其尺寸要大于压电声源横向尺寸。
[0022]更优选的，所述耦合腔为非金属材料耦合腔；所述耦合媒介为耦合液或耦合固体。
[0023]所述声耦合装置作用是将压电声源产生的超声耦合到声探测器上；所述耦合腔与声探测器相匹配。
[0024]所述放大器作用是提高电信号的信噪比。要求其工作频率与压电声源工作频率相同或相近。
[0025]优选的，所述所述采集和显示系统包括电子测量器和电子计算机。
[0026]所述采集和显示系统作用是将电信号采集、处理、显示和储存。
[0027]所述电子测量器的作用是采集电信号并记录，所述电子计算机的作用是处理、显示和储存信号。
[0028]更优选的，所述电子测量器为示波器或采集卡。
[0029]上述微波探测方法在测量微波功率、测量微波场分布或微波成像探测器中的应用。
[0030]本发明的原理在于:微波辐射到压电材料上，由于逆压电效应，使得压电材料产生超声振动，振幅大小正比于微波能量大小，用接收装置接收发出的超声波，即可探测微波辐射的有无和反映微波能量的大小。微波可以是脉冲微波也可以是连续型微波。
[0031]与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:
[0032](I)由于压电声源对微波的频率响应与材料厚度有关，与材料横向尺寸无关，因此本发明可以将压电材料做得很小，大大提高测量的空间分辨率。同时，本发明可以通过选择不同厚度的压电声源对不同频率的微波进行探测。
[0033](2)本发明将微波辐照到压电声源上，发生逆压电效应，产生声波，被声探测器接收，由于声速比光速慢很多，探测声信号所需的采样率较低，成本大大压缩，因此本发明装置的各组件造价较低，装置整体的成本较低。
[0034](3)本发明探测装置体积较小，具有便携性及实时处理能力，可以手持使用，实用性强。
[0035](4)本发明方法探测的微波可以是脉冲微波也可以是连续型微波。
【附图说明】
[0036]图1为本发明一体化探测器的组成示意图；
[0037]图2为本发明新型的微波探测装置结构示意图；
[0038]图3为实施例2中被测微波源2-1上方的微波场分布；
[0039]图4为实施例3中微波成像样品和结果。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0041]实施例1
[0042]一种新型的微波探测装置，如图2所示，包括被测微波源2-1、一体化探测器2-2、放