一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器的制作方法
本发明涉及测量技术，尤其涉及一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器。
背景技术：
测量技术依据测量对象具有多种类型，例如距离测量、角度测量、应变测量、力测量等等，高精度的测量结果是测量技术追求的目标，为此，提出了分布式射频法布里珀罗干涉仪。
射频法布里珀罗干涉仪的原理是两个弱反射点形成双路干涉，这种双路干涉的优点是其可以做成多个反射点(例如几十个)来进行分布式传感测量，此外，射频法布里珀罗干涉仪基于可以弯曲的商用同轴电缆制成，其内部的绝缘体材料一般是聚合物材料。然而，这种射频法布里珀罗干涉仪的解调精度以及信噪比还有待提高，更为重要的是，这种射频法布里珀罗干涉仪采用的结构较为复杂，制作成本较高。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明实施例提供出了一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器。
本发明实施例提供的微波谐振腔的腔长测量装置，包括：微波谐振腔、解调设备；其中，
所述微波谐振腔包括空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔、第一反射点、第二反射点，其中，所述第一反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第一位置处，所述第二反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第二位置处，所述第一位置和/或所述第二位置能够发生移动；所述第一反射点和所述第二反射点的反射率大于等于预设阈值；
所述解调设备与所述微波谐振腔相连，用于对所述微波谐振腔内的微波信号进行分析，得到所述微波谐振腔的腔长，其中，所述微波谐振腔的腔长为所述第一反射点与所述第二反射点之间的距离。
本发明实施例中，所述腔长测量装置为反射式腔长测量装置，在所述反射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的一端连接至射频同轴电缆转接头，所述射频同轴电缆转接头通过同轴电缆连接至所述解调设备，其中，所述解调设备为：矢量网络分析仪、或微波发生源加标量网络分析仪、或微波时域反射仪；所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的另一端为开放结构、或者密封结构、或者连接另一个射频同轴电缆转接头且该射频同轴电缆转接头与外壳和内杆均接触。
本发明实施例中，所述腔长测量装置为第一种透射式腔长测量装置，在所述第一种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第二端连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接所述解调设备。
本发明实施例中，所述腔长测量装置为第二种透射式腔长测量装置，在所述第二种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的外壳壁连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接所述解调设备。
本发明实施例中，所述腔长测量装置为所述第一种透射式腔长测量装置或所述第二种透射式腔长测量装置时，所述腔长测量装置至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，
所述正反馈环路模式中，所述解调设备包括：定向耦合器、波形放大器、计频器/频谱仪，其中，所述第一射频同轴电缆转接头与所述定向耦合器连接、所述波形放大器以及所述第二射频同轴电缆转接头依次连接，所述计频器/频谱仪与所述定向耦合器连接；
在所述无环路模式中，所述解调设备为矢量网络分析仪、或标量微波分析仪。
本发明实施例中，所述正反馈环路模式包括：微波正反馈环路、基于光电振荡器的正反馈环路；其中，
在所述微波正反馈环路中，包括：同轴电缆环路、微波定向耦合器、微波放大器或者微波功率分离器，所述解调设备中的各器件通过同轴电缆环路连接；
在所述基于光电振荡器的正反馈环路中，包括：高速光电解调器、激光或发光二极管光源、光纤环路、光纤耦合器、微波放大器或者光学放大器、微波定向耦合器或者微波功率分离器，所述解调设备中的各器件通过光纤环路连接。
本发明实施例中，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括：外壳、或者外壳加内杆；其中，所述外壳由连续导体形成，所述内杆由连续导体形成，所述连续导体为：单个导电零件、或者多个导电零件连接而成；所述导电零件的材料为导电材料，所述导电材料至少包括：金属、或导电陶瓷。
本发明实施例中，所述外壳的断面为闭合形状或者非闭合形状；
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括外壳加内杆的情况下：
所述外壳包裹所述内杆，或者所述外壳不包裹所述内杆；
所述外壳与所述内杆同轴，或者所述外壳与所述内杆不同轴。
本发明实施例中，在所述第一反射点和所述第二反射点之间，以及所述外壳和所述内杆之间的谐振腔内的介质为以下之一：真空、气体、液体、固体；其中，当所述介质为固体时，所述固体填充到所述第一反射点和/或所述第二反射点移动的范围以外。
本发明实施例中，所述第一反射点和所述第二反射点设置在所述外壳和所述内杆之间，其中，所述第一反射点和所述第二反射点中的一个或两个反射点，与所述外壳和所述内杆满足如下位置关系：
反射点与所述外壳和所述内杆均接触；或者，
反射点与所述外壳或所述内杆接触；或者，
反射点与所述外壳和所述内杆均不接触。
本发明实施例中，在所述反射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括外壳加内杆时，所述外壳和所述内杆的一端均与所述射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点至少有一部分设置在所述外壳加内杆的包络范围之内；
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔只有外壳且没有内杆时，所述外壳的一端与所述射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点设置在所述外壳的包络范围之内；
所述第一反射点或所述第二反射点能够随着外壳和内杆一起移动或者单独移动；其中，在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的另一端为密封结构或者连接另一个射频同轴电缆转接头的情况下，所述第一反射点或所述第二反射点固定在一个零件的一端，所述零件的另一端伸到外壳以外，通过牵引所述零件的移动带动与其固定的反射点的移动，所述零件带动所述反射点在移动过程中扫略到外壳的区域上具有槽，以便所述零件沿着所述槽移动。
本发明实施例中，在所述第一种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括外壳加内杆时，所述外壳和所述内杆的第一端均与第一射频同轴电缆转接头连接，所述外壳和所述内杆的第二端均与第二射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点至少有一部分设置在所述外壳加内杆的包络范围之内；
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔只有外壳且没有内杆时，所述外壳的第一端与第一射频同轴电缆转接头连接，所述外壳的第二端与第二射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点至少有一部分设置在所述外壳的包络范围之内。
本发明实施例中，在所述第二种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括外壳加内杆时，所述外壳和所述内杆的第一端均与第一射频同轴电缆转接头连接，所述外壳壁与第二射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点至少有一部分设置在所述外壳加内杆的包络范围之内；
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔只有外壳且没有内杆时，所述外壳的第一端与第一射频同轴电缆转接头连接，所述外壳壁与第二射频同轴电缆转接头连接，所述第一反射点和所述第二反射点至少有一部分设置在所述外壳的包络范围之内；
其中，所述第二射频同轴电缆转接头设置在所述第一反射点和所述第二反射点之间。
本发明实施例中，第一反射点和第二反射点均为导体，且都连接内杆和外壳，使内杆和外壳之间短路；
第一反射点对外壳和内杆之间的包络区域的覆盖范围小于第二反射点对外壳的覆盖区域；
当外壳为闭合形状时，外壳内部形状是圆形或矩形，内杆断面也是圆形或矩形，第一反射点和第二反射点在外壳和内杆之间构成短路，且第一反射点覆盖外壳和内杆之间区域的面积小于第二反射点的覆盖面积；
第一反射点覆盖外壳和内杆之间包络区域的面积小于第二反射点的覆盖面积；第二反射点对外壳和内杆之间区域构成全覆盖或者部分覆盖；
第一反射点是一个尺寸小于预设面积的断面，通过圆杆或者方杆垂直于传感器内杆的轴线方向放置，第一反射点对外壳和内杆构成短路，第一反射点覆盖外壳和内杆之间区域的面积小于外壳和内杆之间包络面积的50％；第二反射点全覆盖外壳和内杆之间的区域，第二反射点对外壳和内杆构成短路或高反，第二反射点是导体材料或液面；
改变所述第二反射点的位置，可实现对位移、或应变、或压强、或角度、或液位、或流速的测量。
本发明实施例中，通过改变内杆断面形状和尺寸来调节反射率，可去掉在外壳和内杆之间添加的第一反射点，将射频同轴电缆转接头与外壳、内杆连接处作为第一反射点；
将射频同轴电缆转接头与外壳、内杆连接处作为第一反射点时，内杆直径与外壳内径比值小于0.5。
本发明实施例中，外壳或内杆中的一个满足有一段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料构成；所述刚度小于预设值的弹性导体材料由以下至少一种柔性导体材料构成：弹簧、导电橡胶、薄壁金属、细金属丝、波纹管；
内杆是刚度较大的导体，所述内杆的端部或中间段串联有柔性导体材料；外壳也是刚度较大的导体且不串联柔性导体材料，当端部是连通外壳和内杆且满足全覆盖或部分覆盖外壳和内杆之间区域的膜片时，所述膜片作为第二反射点，且所述膜片与内杆之间是一段柔性导体材料，所述膜片是导体或非导体；其中，所述刚度较大的导体是指刚度大于预设值的导体；
当所述膜片受到压强或荷载时，膜片中心点挠度会发生变化，从而拉伸或压缩柔性导体材料发生变形，其中，所述柔性导体材料发生变形的过程中不会断开，从而保证内杆的导电连续性；
在只有外壳，没有内杆的情况下，膜片中心点挠度发生变化时没有来自内杆的约束或阻力，所述外壳不串联柔性导体材料。
本发明实施例中，外壳和内杆同时满足有一段、多段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料构成；所述刚度小于预设值的弹性导体由以下至少一种柔性导体材料构成：弹簧、导电橡胶、薄壁金属、细金属丝、波纹管；其中，外壳或内杆串联用于提高所述腔长测量装置的灵敏度的电感原件，所述电感原件至少包括弹簧、或波纹管；在只有外壳没有内杆的情况下，所述外壳满足有一段、多段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料构成；
外壳和内杆的主体是导体，外壳和内杆的端部或中间段均串联有柔性导体材料；当端部是连通外壳和内杆且满足全覆盖或部分覆盖外壳和内杆之间区域的膜片时，所述膜片作为第二反射点，且所述膜片与内杆和外壳之间是一段柔性导体材料，所述膜片是导体或非导体；所述膜片的厚度非均匀分布或均匀分布，所述膜片的厚度大于预设厚度时，所述膜片作为刚体；所述腔长测量装置是基于外壳和内杆串联的柔性导体材料发生的变形导致腔长发生变化来确定被测参数；空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长变化时，柔性导体材料会发生拉伸或压缩，其中，所述柔性导体材料发生拉伸或压缩的过程中不会断开，从而保证整个外壳和内杆是连续且导电的；
所述腔长测量装置应用于压强传感器、或测力计、或加速度传感器、或位移计、或应变传感器、或流速传感器、或倾斜仪；
当外壳串联的柔性导体材料刚度大于预设值时，将所述柔性导体材料作为刚体。
本发明实施例中，基于嵌套结构，外壳或内杆满足有一段、多段或全部是由嵌套的导电的管或杆组成；将内杆端部串联柔性导体材料，或者将柔性导体材料换成另一端刚度大于预设值的导体，所述导体与内杆之间满足嵌套关系，内杆和所述导体在发生相对移动时，始终是连通导电的，且满足内杆和导体连接处发生相对移动时阻力小于预设值的要求；所述导体和内杆采用同样的材料或不同的材料；所述导体与内杆的嵌套关系是导体插入内杆或内杆插入导体，或者是在内杆和导体外部套上一个导体做成的套筒；在只有外壳没有内杆的情况下，外壳使用嵌套结构；
所述腔长测量装置应用于压强传感器、或测力计、或加速度传感器、或位移计、或应变传感器、或流速传感器、或倾斜仪。
本发明实施例中，外壳或内杆中的一个满足有一段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料构成的情况下，当膜片结构用作压强传感器时，所述膜片全覆盖外壳和内杆端部包络区域，压强能够导致膜片发生变形，由于膜片中心点与内杆是通过柔性导体材料连接的，所以膜片中心点只受到柔性导体材料变形产生的阻力；当内杆采用嵌套杆时，嵌套杆的一端与膜片的中心点固定，膜片中点压缩过程中只受到嵌套管发生相对移动时的摩擦力影响；
所述腔长测量装置应用于加速度传感器的情况下，膜片中心点固定一个质量块，所述质量块在有加速度的情况下对膜片中心产生力，使得膜片的挠度发生变化，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长发生改变，通过腔长变化量确定加速度的大小；所述膜片是全覆盖或者部分覆盖外壳和内杆之间的包络区域的；
所述腔长测量装置应用于基于膜片挠度变化的测力计的情况下，膜片中心点向外固定一个探杆，通过外力来拉压探杆改变膜片中心点的挠度，使得膜片的挠度发生变化，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长发生改变，通过腔长变化量确定力的大小；
所述腔长测量装置应用于倾斜仪的情况下，膜片中心点固定一个质量块，外壳固定一个吊线架，所述吊线架的顶部和所述膜片中心固定的质量块之间通过一根或多根柔性绳或细杆连接；端部膜片中心固定有质量块，所述质量块通过柔性绳或细杆连接到吊线架的顶部，所述吊线架和外壳固定；当倾角发生变化时，所述质量块发生左右摆动，挤压或拉伸膜片，使得膜片的挠度发生变化，从而改变所述第一反射点和所述第二反射点之间的距离，通过膜片挠度变化程度确定倾角的大小；其中，所述吊线架的顶部和所述膜片中心固定的质量块之间通过细杆连接的情况下，所述细杆与所述质量块和所述吊线架的顶部采用铰接方式连接或者采用固结方式连接；
在只有外壳没有内杆的情况下，膜片中心点挠度发生变化时没有来自内杆的约束或阻力，所述外壳不串联柔性导体材料，通过测量膜片的挠度变化量确定压强的大小、或加速度的大小、或力的大小、或倾角的大小。
本发明实施例中，外壳和内杆同时满足有一段、多段或全部是由柔性导体材料构成的情况下，在同样的荷载下，腔长的改变量增大，腔长测量装置的灵敏度提高；膜片的改变量是指膜片的整体位移；当所述膜片结构用作压强传感器时，所述膜片是全覆盖外壳和内杆端部包络区域的，压强产生的力通过所述膜片的作用在外壳和内杆所串联的柔性导体材料上，导致所述柔性导体材料发生变形，从而改变腔长；当采用嵌套结构时，外壳和内杆只有一个采用嵌套结构，另一个使用能够发生弹性变形的柔性导体材料；
所述腔长测量装置应用于加速度传感器的情况下，第二反射点的中心点固定一个质量块，所述质量块在有加速度的情况下对外壳和内杆的柔性导体材料产生拉力或压力，使得柔性导体材料拉伸或压缩，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长发生改变；膜片是全覆盖或者部分覆盖外壳和内杆之间的包络区域的；
所述腔长测量装置应用于基于膜片挠度变化的位移计或测力计的情况下，第二反射点的中心点向外固定一个探杆，通过拉压探杆，使得柔性导体材料发生拉伸或压缩，产生位移，从而改变空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长，所述测力计测出的力的大小等于腔长变化量乘以柔性导体材料的弹性系数；
所述腔长测量装置应用于倾斜仪的情况下，第一反射点和第二反射点之间的外壳和内杆均有一段使用柔性导体材料构成，将质量块的一个面作为所述第二反射点，外壳固定一个吊线架，所述吊线架的顶部和所述质量块之间通过一根或多根柔性绳或细杆连接；其中，所述质量块靠近外壳和内杆的一面作为所述第二反射点，所述质量块通过柔性绳或细杆连接到所述吊线架的顶部，所述吊线架和外壳固定；当倾角发生变化时，所述质量块发生左右摆动，拉伸或压缩外壳的柔性导体材料，从而改变所述第一反射点和所述第二反射点之间的距离，通过腔长变化量确定倾角的大小；其中，所述吊线架的顶部和所述膜片中心固定的质量块之间通过细杆连接的情况下，所述细杆与所述质量块和所述吊线架的顶部采用铰接方式连接或者采用固结方式连接；
在只有外壳没有内杆的情况下，外壳满足有一段、多段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料或嵌套管结构构成；由于没有内杆的影响，只有外壳的柔性导体材料或嵌套结构发生拉伸或压缩，产生位移，通过测量第一反射点和第二反射点之间的距离变化量确定压强的大小、或加速度的大小、或力的大小、或倾角的大小。
本发明实施例中，当所述膜片结构用作压强传感器且膜片中心作为第二反射点时，通过扩大膜片的尺寸，使得所述膜片的直径大于外壳的直径，来提高腔长测量装置的灵敏度；膜片的外圈通过一个喇叭口或大直径的导体零件与外壳连接，或者在端部设置一定长度的外壳且使用大直径导体的材料制作；大直径的外壳的内径比具有较小内径的外壳大，在较小内径处的外壳的端部和膜片之间的环形区域连接一定长度的柔性导体材料，柔性导体材料的内径和外径与较小直径处的外壳相同；由于直径较小处的外壳和膜片之间连接着柔性导体材料，使得外壳的导体区域的内径一直到膜片都没有发生变化；当膜片受压时，外壳和内杆端部对应的柔性导体材料同时被压缩，使用大直径膜片放大端部位移；或者在直径较小处的外壳的端部和膜片之间的环形区域不放置柔性导体材料，当膜片受压时，内杆端部对应的柔性导体材料同时被压缩，使用大直径膜片放大端部位移；所述大直径指示直径大于预设长度；
当内杆和直径较小处的外壳与膜片的连接均采用嵌套管时，膜片对应内杆和外壳的区域在压缩过程中只受到嵌套管和嵌套杆发生相对移动时的摩擦力影响；或者，在直径较小处的外壳端部和膜片之间不放置嵌套管，仅在内杆和膜片之间放置嵌套杆。
本发明实施例中，采用波登管的所述腔长测量装置可应用于高灵敏度压强传感器，波登管压强传感器的端部膜片受压后，波登管端部会发生较大的位移；外壳和内杆同时满足有一段、多段或全部是由柔性导体材料构成时，将波登管的端部连接到外壳和内杆端部的第二反射点上，第二反射点采用容易发生变形的膜片或不容易发生变形的刚体；波登管为曲线形状的波登管，至少包括螺旋型波登管或c型波登管；
当波登管受压后端部发生移动时，带动第二反射点发生移动；第二反射点与外壳和内杆的刚体部分均通过柔性导体材料连接，通过较小的拉力或压力即可拉长或压缩柔性导体材料提高了腔长的变化量和压强传感器的灵敏度。
本发明实施例中，将第二反射点使用质量块，或使质量块结合柔性导体材料的刚度，所述腔长测量装置应用于加速度传感器；当发生加速度时，质量块拉伸或挤压柔性导体材料，使柔性导体材料发生变形，从而改变腔长，通过腔长的改变量确定加速度的大小；
使用三个相互垂直的加速度传感器，在端部能够共用一个球体或长方体的质量块，所述质量块分别与三个传感器的外壳和内杆都通过柔性导体材料连接，且所述质量块的三个面作为三个加速度传感器的第二反射点，从而通过一个质量块实现三向加速度的测量。
本发明实施例中，将膜片加厚，变成刚度大于预设值的块体，块体的端部向外固定一个探杆或连接装置，再结合柔性导体材料的刚度，所述腔长测量装置应用于测力计；当外力改变时，会拉伸或挤压柔性导体材料，使柔性导体材料发生变形，从而改变腔长，通过腔长的改变量和柔性导体材料的刚度、尺寸来确定力的大小；所述柔性导体材料不同的刚度和尺寸参数，对应不同量程的测力计。
本发明实施例中，流速不同，则对探杆端部的探头推力不同，使得探头移动距离发生变化，且探杆上的一点会绕着铰发生转动，所述铰通过连接零件固定到传感器的外壳上，探杆的另一端连接第二反射点，所述第二反射点和外壳、内杆之间串联柔性导体材料；探头的移动会带动探杆发生转动，从而带动探杆另一头发生反向移动，带动第二反射点发生移动，导致柔性导体材料发生拉伸或压缩量，改变了两个反射点之间的谐振腔长；其中，流速越大，对探头产生的推力越大，柔性导体材料的拉伸或压缩量也会越大；通过腔长的变化量确定流速的大小；
利用不同流速产生压强差或液位差的所述腔长测量装置可应用于流速计，所述流速计至少包括板孔流速计、或u型管压差流速计；在流体从左到右运动的情况下，在所述腔长测量装置内固定挡板，使流体冲击到挡板时产生附加压强，从而使得固定在挡板左边的液位计内的液位发生改变，通过液位改变的大小确定流速；或者利用挡板左边固定的压强传感器测出所述挡板左边的附加压强，通过附加压强的大小确定流速；
将探头端部通过质量块实现，利用质量块在不同加速度下产生不同的力，对柔性导体材料产生不同的拉伸压缩量，从而改变腔长；通过对腔长的改变量的测量确定加速度的大小。
本发明实施例中，在第一反射点和第二反射点之间加入液体或固体或气体材料，通过测量两个反射点之间放置物体前后的等效谐振腔长大小得到液体或固体或气体的折射率；所述等效腔长为几何腔长乘以腔内填充物的平均折射率；
如果测量的是液体的折射率，将液体的液面作为第一反射点，第二反射点也与液体接触；
如果测量的是气体，在第一反射点和第二反射点之间的腔内填充气敏材料，待测气体含量变化时，等效腔长会发生变化，提高对待测气体含量的测量精度；
如果测量湿度，在第一反射点和第二反射点之间的腔内填充湿敏材料，湿度变化时，等效腔长会发生变化，提高对湿度的测量精度。
本发明实施例中，所述外壳和内杆的轴线是直线或曲线或折线；
所述腔长测量装置可在常温、低温或高温环境下使用；
所述腔长测量装置可测量静态参数或动态参数。如静态和动态的位移、压强和应变等参数。如静态和动态的位移、压强和应变等参数。
凡是使用本发明提及的通过简单变化可以衍生出的基于法布里-珀罗谐振腔的同轴电缆传感器都在本发明的保护范围内。基于利用第一反射点和第二反射点之间发生相对移动而衍生出来的传感器均在本发明的保护范围。
本发明实施例提供的位移传感器，包括所述的腔长测量装置，其中，所述微波谐振腔的腔长变化量表征所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移。
本发明实施例中，所述射频同轴电缆转接头与所述外壳和内杆连接的部位作为所述第一反射点，所述第二反射点能够在所述微波谐振腔内移动；或者，
所述第一反射点固定在所述微波谐振腔内，所述第二反射点能够在所述微波谐振腔内移动；或者，
所述第二反射点固定在所述微波谐振腔内，所述第一反射点能够在所述微波谐振腔内移动；
其中，能够移动的反射点与探杆连接。
本发明实施例中，所述探杆为套筒，所述套筒的一端为连通外壳和内杆的导体。
本发明实施例中，所述第二反射点与探杆连接时，所述探杆带动所述第二反射点移动，所述探杆的第一端伸入一套筒中，所述套筒的第一端与所述射频同轴电缆转接头连接，所述套筒的第二端作为所述第一反射点。
本发明实施例中，所述第二反射点的位置固定时，所述第二反射点上钻有通孔，所述探杆通过所述通孔伸入到所述第一反射点的位置并与所述第一反射点固定连接，所述探杆带动所述第一反射点移动。
本发明实施例中，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括外壳加内杆时，所述第一反射点与所述外壳和内杆的第一段固定连接，所述第二反射点与所述外壳和内杆的第二段固定连接，所述第二反射点的移动能够带动与所述第二反射点固定的外壳和内杆发生移动，其中，所述外壳和内杆采用能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构，所述能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构为：所述外壳和内杆的所述第一段和所述第二段采用至少如下结构连接：嵌套结构、或弹簧结构、或波纹管结构；
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔只有外壳且没有内杆时，所述第一反射点与所述外壳的第一段固定连接，所述第二反射点与所述外壳的第二段固定连接，所述第二反射点的移动能够带动与所述第二反射点固定的外壳发生移动，其中，所述外壳采用能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构，所述能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构为：所述外壳的所述第一段和所述第二段采用至少如下结构连接：嵌套结构、或弹簧结构、或波纹管结构。
本发明实施例中，所述位移传感器还包括位移折减结构或放大结构，所述位移折减结构或放大结构与所述位移传感器中能够移动的反射点连接，所述位移折减结构或放大结构对应的实际位移与所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长变化量成正比；
其中，所述位移折减结构或放大结构为：齿轮、或斜面。
本发明实施例中，所述位移传感器等传感器为所述第一种透射式位移传感器或所述第二种透射式位移传感器时，所述传感器至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，
所述无环路模式是指所述位移传感器不包括正反馈环路；
所述正反馈环路模式是指所述位移传感器包括正反馈环路；
其中，在所述正反馈环路中可具有两个反射点、或者一个反射点、或者没有反射点；当所述正反馈环路有两个反射点时，连接波形放大器使用的射频同轴电缆转接头连接在两个反射点之间的外壳上；当所述正反馈环路只有一个反射点或者没有反射点时，所述解调设备用于测量所述正反馈环路的周长；当所述正反馈环路只有一个反射点时，连接波形放大器使用的射频同轴电缆转接头通常连接在该反射点和端部射频同轴电缆转接头之间的外壳上。该结构可以应用于本发明阐述的所有传感器，包络位移计、滑移计、角度计、应变传感器、测力计、液位计和压强传感器。
本发明实施例提供的滑移传感器，包括所述的两个位移传感器，分别为第一位移传感器和第二位移传感器，其中，
所述第一位移传感器通过外壳固定在第二物体的第一斜孔内，所述第二位移传感器通过外壳固定在第二物体的第二斜孔内，所述第一位移传感器的探杆穿过所述第一斜孔垂直抵在第一支档斜面上，所述第二位移传感器的探杆穿过所述第二斜孔垂直抵在第二支档斜面上，所述第一支档斜面与所述第二支档斜面为零件的两个斜面，所述零件固定在第一物体上；所述两个支档斜面的两个斜面法向量构成的二阶矩阵
所述第一位移传感器用于检测所述第一支档斜面位移的变化量δd1，所述第二位移传感器用于检测所述第二支档斜面位移的变化量δd2，通过所述第一支档斜面位移的变化量和所述第二支档斜面位移的变化量以及两个支档斜面的倾角θ1和θ2，能够得到所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量δx和纵向分离量δz：
本发明实施例中，测量双向水平滑移量以及纵向分离量时，所述滑移传感器还包括第三位移传感器，其中，
所述第三位移传感器通过外壳固定在第二物体的第三孔内，所述第三位移传感器的探杆穿过所述第三斜孔垂直抵在第三支档斜面上，所述第一支档斜面与所述第二支档斜面以及所述第三支档斜面为零件的三个斜面，所述零件固定在第一物体上；所述三个支档斜面的三个斜面法向量构成的三阶矩阵
所述第三位移传感器用于检测所述第三支档斜面位移的变化量δd3，通过所述第一支档斜面位移的变化量δd1和所述第二支档斜面位移的变化量δd2以及所述第三支档斜面位移的变化量δd3，能够得到所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量δx、δy和纵向分离量δz：
本发明实施例提供的角度传感器，包括所述的位移传感器、齿条以及齿轮，所述位移传感器中的第一反射点和第二反射点中的其中一个反射点固定，另一个反射点能够移动；其中，
能够移动的反射点与所述齿条固定连接，所述齿轮与所述齿条相抵，所述能够移动的反射点的位移表征所述齿轮的转动角度，其中，所述能够移动的反射点的位移与所述齿轮的转动角度成正比。
本发明另一实施例提供的角度传感器，包括所述的位移传感器，所述位移传感器中的所述微波谐振腔呈弧形，所述位移传感器中的第一反射点和第二反射点中的其中一个反射点固定，另一个反射点能够移动；其中，
能够移动的反射点在所述弧形的微波谐振腔中的位移表征所述反射点以所述弧形的圆心为原点的转动角度。
本发明实施例提供的应变传感器，包括所述的位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移除以监测长度表征应变。
本发明实施例中，射频同轴电缆转接头与外壳或者外壳加内杆的连接部位作为第一反射点，所述微波谐振腔内的反射点作为第二反射点，其中，所述射频同轴电缆转接头处的外壳外部固定凸起的结构作为第一固定点，所述第二反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第二固定点；或者，
所述微波谐振腔内具有第一反射点、第二反射点，其中，所述第一反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第一固定点，所述第二反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第二固定点；
其中，所述第一反射点与所述第一固定点固定连接，所述第二反射点与所述第二固定点固定连接，所述第一固定点和所述第二固定点用于检测物体的应变；所述外壳至少采用嵌套结构，在有内杆的情况下：
所述内杆能够相对所述反射点滑动；或者，
所述内杆也采用嵌套结构，其中，所述内杆的第一段随着所述第一反射点移动而移动，所述内杆的第二段随着所述第二反射点移动而移动；
通过所述第一固定点和所述第二固定点能够将所述应变传感器固定到待检测的物体上或者埋入待检测的介质中，所述待检测的物体或介质发生应变时能够带动所述两个固定点发生相对移动，从而带动所述两个反射点发生相对位移，从而改变所述腔长。
本发明实施例提供的测力传感器，包括所述的位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移和测力传感器的刚度或弹性系数能够得到力的大小。
本发明实施例中，射频同轴电缆转接头与外壳和内杆的连接部位作为第一反射点，所述微波谐振腔内的反射点作为第二反射点；或者，
所述微波谐振腔内具有第一反射点、第二反射点，其中，所述第一反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第一固定点，所述第二反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第二固定点。
本发明实施例中，所述测力传感器为基于应变的小变形的测力传感器：所述测力传感器的外壳为连续导体且不分段，所述第一反射点和所述第二反射点在测力传感器受力后由于外壳的变形能够发生相对移动，其中，在所述测力传感器上施加拉力或者压力时，所述测力传感器的外壳发生变形，通过应变、刚度和截面尺寸能够得到力的大小；
所述测力传感器为基于弹簧的大变形的测力传感器：所述测力传感器的内杆为弹簧，外壳为长度能够发生变化的连续导体，其中，所述外壳采用能够自由伸缩保持导电连续性的结构，所述第一反射点和所述第二反射点在测力传感器受力后能够发生相对移动，且至少有一个反射点与所述弹簧固定，根据所述弹簧的伸长量、弹簧长度和弹性系数能够得到力的大小；或者，
所述测力传感器的外壳为弹簧，内杆为长度能够发生变化的连续导体，其中，所述内杆采用能够自由伸缩保持导电连续性的结构，或者内杆为长度固定的连续导体，其中，所述反射点能够相对所述内杆滑动，所述第一反射点和所述第二反射点在测力传感器受力后能够发生相对移动，且至少有一个反射点与所述弹簧固定，根据弹簧的伸长量、弹簧长度和弹性系数能得到力的大小；或者，
所述测力传感器的外壳和内杆均为弹簧，所述第一反射点和所述第二反射点在测力传感器受力后能够发生相对移动，且至少有一个反射点与所述弹簧固定，根据弹簧的伸长量、弹簧长度和弹性系数能够得到力的大小；
其中，所述弹簧的两端分别固定在所述第一反射点和所述第二反射点所在位置的外壳，根据弹簧的伸长量、弹簧长度和弹性系数能够得到力的大小。
本发明实施例提供的液位传感器，包括所述的位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移表征液位变化量。
本发明实施例中，所述第一反射点位于液面以上的位置处，所述第二反射点为：液面、或位于液面上的漂浮物；或者，
所述第一反射点为：液面、或位于液面上的漂浮物，所述第二反射点位于液面以下的位置处。
本发明实施例提供的压强传感器，包括所述的位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移表征压强。
本发明实施例中，所述位移传感器中的第一反射点固定，所述压强传感器还包括：能够受压发生变形的膜片、与所述膜片固定连接的托架，其中，所述托架与所述第二反射点固定连接，所述膜片中心点受压后的挠度变化通过托架带动所述第二反射点发生移动。
通过本发明实施例的腔长测量装置能够对空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长进行测量。本发明实施例结合腔长测量装置以及辅助的机械设计，可以将腔长测量装置改装成如下传感器：位移传感器、(无阻力)应变传感器、滑移传感器、角度传感器、测力传感器(也称为测力计)、基于位移折减的位移传感器、液位传感器(也称为液位计)以及压强传感器等。采用本发明实施例的技术方案，至少具有以下优点：测量精度高、信噪比高、设备性价比高。
附图说明
图1为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的示意图；
图2(a)为空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔不包括内杆的结构示意图；
图2(b)为空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括内杆的结构示意图；
图3为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射振幅谱和透射振幅谱；
图4为外壳常用的断面图；
图5为内杆常用的断面图；
图6为常用的反射点的断面图；
图7为外壳与外壳，或者内杆与内杆连接处的示意图；
图8(a)为本发明实施例的反射式腔长测量装置的结构示意图；
图8(b)为本发明实施例的反射式腔长测量装置关于反射点移动方式的结构示意图；
图9为本发明实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图一；
图10为本发明实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图二；
图11(a)为本发明实施例的有两个反射点的第二种透射式腔长测量装置的示意图一；
图11(b)为本发明实施例的只有一个反射点的第二种透射式腔长测量装置的示意图一；
图12为本发明实施例的第二种透射式腔长测量装置的示意图二；
图13(a)为本发明实施例的反射式的第一种位移计的示意图一；
图13(b)为本发明实施例的第二种透射式的第一种位移计的示意图一；
图13(c)为本发明实施例的只有一个反射点的第二种透射式的第一种位移计的示意图一；
图14为本发明实施例的反射式的第二种位移计的示意图二；
图15为本发明实施例的反射式单向滑移计的示意图；
图16为三个支档斜面的示意图；
图17为本发明实施例的反射式的第一种角度计的示意图；
图18为本发明实施例的反射式的第二种角度计的示意图；
图19(a)为本发明实施例的反射式的应变传感器的示意图；
图19(b)为本发明实施例的第一种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的应变传感器的示意图；
图19(c)为本发明实施例的第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的应变传感器的示意图；
图20为本发明实施例的反射式的测力计的示意图；
图21为本发明实施例的基于斜面作为反射点，通过斜面上下移动来改变腔长的测力计的示意图；
图22(a)为本发明实施例的通过压缩变形和中点挠度变化来改变腔长的测力计的示意图；
图22(b)为本发明实施例的s型测力计的结构示意图；
图23为本发明实施例的锚索应力计的结构示意图；
图24为本发明实施例的基于材料应变和弹簧变形的测力计的结构示意图；
图25为本发明实施例的反射式的通过齿轮对位移进行折减或放大的位移计的示意图；
图26为本发明实施例的反射式的通过斜面对位移进行折减的位移计的示意图；
图27(a)为本发明实施例的反射式的液位计的示意图；
图27(b)为本发明实施例的第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的液位计的示意图；
图27(c)为本发明实施例的一种特殊的液位计的示意图；
图27(d)为本发明实施例的另一种特殊的液位计的示意图；
图28(a)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，位移传感器的结构示意图；
图28(b)为本发明实施例的外壳和内杆均使用嵌套管和嵌套杆结构时，位移传感器的结构示意图；
图28(c)为本发明实施例的外壳使用嵌套杆结构且没有内杆时，位移传感器的结构示意图；
图29(a)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，应变传感器的结构示意图
图29(b)为本发明实施例的外壳和内杆均使用嵌套管和嵌套杆结构时，应变传感器的结构示意图；
图29(c)为本发明实施例的外壳使用嵌套杆结构且没有内杆时，应变传感器的结构示意图；
图30(a)为本发明实施例的内杆连接柔性导体材料或内杆使用嵌套杆时，基于膜片变形的压强传感器结构示意图；
图30(b)为本发明实施例的内杆连接柔性导体材料或内杆使用嵌套杆时，基于膜片中心质量块移动的加速度传感器结构示意图；
图30(c)为本发明实施例的内杆连接柔性导体材料或内杆使用嵌套杆时，基于膜片变形的测力计结构示意图；
图30(d)为本发明实施例的内杆连接柔性导体材料或内杆使用嵌套杆时，基于膜片变形的倾斜仪结构示意图；
图30(e)为本发明实施例的只有外壳没有内杆时，基于膜片变形的压强传感器结构示意图；
图31(a)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，基于膜片变形和移动的压强传感器结构示意图；
图31(b)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，基于质量块移动的加速度传感器结构示意图；
图31(c)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，基于膜片移动的测力计结构示意图；
图31(d)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，基于质量块移动的倾斜仪结构示意图；
图31(e)为本发明实施例的外壳均连接柔性导体材料且没有内杆时，基于质量块移动的倾斜仪结构示意图；
图32为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料时，基于质量块移动的三向加速度传感器结构示意图；
图33(a)为本发明实施例的扩大膜片尺寸增加灵敏度和精度的第一种压强传感器示意图；
图33(b)为本发明实施例的扩大膜片尺寸增加灵敏度和精度的第二种压强传感器示意图；
图34(a)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料或外壳和内杆均使用嵌套管和嵌套杆结构时，基于c型波登管的高精度压强传感器结构示意图；
图34(b)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料或外壳和内杆均使用嵌套管和嵌套杆结构时，基于螺旋型波登管的高精度压强传感器结构示意图；
图35(a)为本发明实施例的第一种流速传感器示意图；
图35(b)为本发明实施例的第二种流速传感器示意图；
图36为本发明实施例的折射率传感器示意图。
附图标记说明：
1-外壳，可以是空心管，杆，弹簧或者其他形状的连续导体；2-内杆，可以是空心、实心，也可以是弹簧或者其他形状的连续导体；3-第一反射点，可以是导体或者绝缘体，可以与外壳或者内杆连接，也可以不连接，可以是任意形状或者多个零件的组合体；4-第二反射点，属性同第一反射点；5-谐振腔，内部可以是气体或者液体；6-同轴电缆转接头；7-同轴电缆转接头的中心信号针；8-传输用的同轴电缆；9-矢网分析仪或标量微波分析仪；10-定向耦合器；11-波形放大器；12-计频器；13-射频同轴电缆转接头；14-透射式解调系统，指带有正反馈环路情况下的定向耦合器10、波形放大器11和计频器12所构成的解调系统，或者无环路情况下的矢量网络分析仪或标量微波分析仪9；15-外壳1和内杆2端部的密封装置，可以是导体，可以是绝缘体，可以是闭合或者非闭合结构，也可以是作为端部的同轴线缆转接头；16-左端管或杆对接零件；17-右端管或杆对接零件；18-导体做的转轴；19-导体波纹管，多用金属；20-牵连运动的零件，该零件一端固定到反射点上，另一端伸到外壳以外，通过牵引这个零件的移动带动反射点移动；21-位移计上内杆的套筒；22-位移计探杆；23-位移计上防止套筒晃动的装置，具有防晃和密封功能；24-套筒做的内杆；25-导电的直线轴承；26-套筒24端部插入同轴电缆转接头6中心信号针的过渡零件；30-同轴电缆位移计；31-位移计探杆；32-探杆端部的滚动装置，防止摩擦力对杆的晃动影响；33-保护位移计的装置；34-固定位移计的带斜孔的载体；35-滑移计的密封装置；36-滑移计下半部分带支挡斜面的载体；37-斜面；38-固定载体36的介质a；39-位移计载体33滑移计上半部分块体34和固定的介质b；361-双向滑移计固定斜面的载体；371-双向滑移计的第一个斜面；372-双向滑移计的第二个斜面；373-双向滑移计的第三个斜面；40-探杆22上的齿条；41-齿轮；42-固定齿轮41的固定点，即齿轮的转动中心点；43-角度计的表盘；44-角度计指针；51-圆弧形同轴电缆外壳；52圆弧形的中心杆；53-角度计的指针；54-指针的转动中心点；61-应变传感器左端外壳；62-应变传感器右端外壳；63-应变传感器左端外壳的固定点，例如混凝土应变传感器，63就是固定应变传感器左端外壳61上的零件，与左端外壳61完全固定；64-固定应变传感器右端外壳的零件，与右端外壳62完全固定；71-测力计第一个受力点；72-测力计第二个受力点；80-倾斜放置的第二反射点；81-固定外壳1的装置；82-固定倾斜放置的第二反射点80的装置；83-测力计上受力变形的载体；84-方框形测力计上受力变形的载体；85-同轴电缆位移计或应变传感器；86-同轴电缆位移计或应变传感器85与方框形测力计上受力变形的载体84的第一个固定点；87-同轴电缆位移计或应变传感器85与方框形测力计上受力变形的载体84的第二个固定点；88-圆环形测力计的弹性体；89-锚索座；90-锚索头；91-混凝土或岩石等介质；92-钢绞线等锚索；93-s型测力计的变形载体；96-弹簧；101-探杆22上的齿条；102-带两种以上齿数的多层齿轮或齿轮组；103-测量位移的带齿条的探杆；104-限制探杆103的带孔装置，固定到外壳1上；111-斜面；112-位移计探杆；113-放置探杆112晃动以及密封的装置；114-直线轴承的外壳；115-直线轴承；116-支挡块体；117-位移计外壳；118-固定同轴电缆位移计30上外壳1的固定装置；119-防晃滑块；120-弹簧；121-位移计端部的密封塞；125-液体；130-固定在膜片132上的第二反射点4的扩口零件；131-固定膜片132的圆筒；132-受压变形的膜片；151-柔性导体材料，包括弹簧、薄片或金属丝等，或是导电的、不同嵌套方式的嵌套管；152-柔性导体材料，包括弹簧、薄片或金属丝等，或是导电的、不同嵌套方式的嵌套杆；153-质量块；154-吊线架；155-柔性绳或细杆；160-把波登管固定得到外壳上的连接零件；161-c型波登管；162-螺旋型波登管；163-带隔离膜片的加压口；164-波登管底座；165-连接波登管和位移计之间的连接零件，可以由多个零件组成，可以由多个零件组成；171-铰；172-探杆；173-测量流速的探头；174-弹簧或其他弹性构件；175-铰；176-第二反射点4端部的固定连接件；177-外壳和内杆之间填充的需要测量折射率的液体或固体；178-挡板；179-水管；180-流体。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种新型的微波谐振腔的腔长测量装置，其中，微波谐振腔具体为空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔，通过本发明实施例的腔长测量装置能够对空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长进行测量。本发明实施例结合腔长测量装置以及辅助的机械设计，可以将腔长测量装置改装成如下传感器：位移传感器、(无阻力)应变传感器、滑移传感器、角度传感器、测力传感器(也称为测力计)、基于位移折减的位移传感器、液位传感器(也称为液位计)以及压强传感器等。
本发明实施例的技术方案中，传感器基于不同的机械传动模式能够高精度的测出位移、应变、滑移量、角度、力、液位和压强的大小，测量的原理是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的原理，这里，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括：一个外壳、一个内杆(可有可无)、一个谐振腔和两个反射点，谐振腔的结构方便制作，利用谐振腔内反射点的移动，可以测量静力和动力作用下的位移、应变、滑移、角度、力和压强等物理量。此外，传感器的温度补偿非常方便，并且不受电磁等因素的影响。本发明的传感器大多不需要温度补偿，需要温度补偿的情况下，通过多个反射点或者其他原理的温度计均可进行温度补偿，可以实现位移、应变、滑移或角度等参数与温度的共同监测。本发明实施例设计的传感器，具有精度高、抗干扰能力强和耐久性强等优点，具有广泛的应用前景，特别适用于高精度测量结构静力和动力作用下的力学性能以及环境温度。由于传感器采用的材料性能稳定，可以轻易实现在零下六十度到零上数百度之间工作，通过更换制作材料可在更大的温度范围内工作。总而言之，本发明实施例的传感器不受任何电磁信号的干扰，温度对其影响也极小，并且温度补偿非常容易实现。
本发明实施例中的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔，类似于传统的光学法布里珀罗谐振腔，与光学法布里珀罗谐振腔不同的是，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔基于射频同轴电缆而制作，是基于微波原理的传感器。
在本发明实施例中，两个反射点为高反射点，这里，高反射点的反射率一般都高于50％，少数情况下小于50％，但是不会低于20％，由于每个反射点的反射率较高，因此不适合做成分布式传感器。法布里珀罗谐振腔属于多路干涉造成的谐振现象，具有解调精度高，信噪比高，解调设备性价比高等特点。
在本发明实施例中，提出了一种全新的自加工的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔平台，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的内部绝缘体一般为空气，特殊应用时可以填充液体。
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。
图1为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的示意图。一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔(也即微波谐振腔)由一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔和两个具有高反射率的反射点组成(两个反射点分为称为第一反射点和第二反射点)，其中，所述第一反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第一位置处，所述第二反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第二位置处，两个反射点之间的距离一般超过1cm。
这里，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔大多由外导体(也即外壳)和内导体(也即内杆)构成，如图1所示，外壳1和内杆2均为连续导体，所述连续导体为：单个导电零件、或者多个导电零件连接而成。在一实施方式中，可以仅有外壳1，没有内杆2。在另一实施方式中，可以同时具有外壳1和内杆2。
外壳1和内杆2之间的谐振腔内的介质为以下之一：真空、气体、液体、固体；其中，当所述介质为固体时，所述固体填充到所述反射点移动的范围以外。在空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内行进的电磁波主要反射在第一反射点上，一部分能量发生反射，其余部分的剩余能量会透射过去，并且到达第二反射点。在第二反射点处，再次有一小部分的电磁波被反射，并多次重复往返(往返次数由反射点的反射率决定)。两个反射点的反射率越高，往返次数就会越多，此时谐振腔的反射振幅谱或透射振幅谱的质量因数就会越高。上述方案中，反射点可以由同轴电缆的阻抗偏差产生，或者由内外导体短路或断路产生。两个反射点可以产生一个微波的相位延迟δ，其计算公式如下：
其中，f为微波频率，εr为同轴电缆内部材料的介电常数(空气为1)，d为谐振腔的频率，c为真空中的光速。
一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔反射电场和透射电场的振幅谱由以下公式表示：
其中，r为反射振幅谱，t为透射振幅谱。r为反射点的反射率，公式(2)假设两个反射点的反射率相同并且法布里珀罗谐振腔的插入损耗为零。
图3为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射振幅谱和透射振幅谱。如图3所示，可以观察到多个谐振频率，包括基波和谐波。在图3中的左图和右图中可以观察到许多小的波纹，这是由于仪器接口和同轴电缆之间的阻抗不完全匹配引起反射造成。使用空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔制作传感器的基本思想是基于从反射振幅谱或透射振幅谱可以精确计算出两个反射点的距离。
以下结合具体结构对本发明实施例的微波谐振腔的腔长测量装置进行详细描述，本发明实施例的腔长测量装置包括：微波谐振腔、解调设备，其中，微波谐振腔是指图1所示的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔。在本发明的全部实施例中：
1)外壳1/内杆2可以是一个导体零件，也可以是多个导体零件连接在一起(确保连接处的导电性)，可见，外壳1/内杆2是一个连续导体。全部图中画的一个导体零件未必代表一个简单的导体零件，也可以代表多个导体零件通过不同连接方式组成的复合导体零件。
2)关于第二反射点的移动：
2.1)当既有外壳又有内杆时，可以是单独移动第二反射点，也可以将第二反射点与外壳和/或内杆固定，然后共同移动外壳和/或内杆以及第二反射点来实现第二反射点的移动。当外壳和/或内杆和第二反射点固定成一个整体时，移动第二反射点会导致部分外壳和/或内杆都要发生移动，而外壳和/或内杆必须保证导电的连同性，因此，外壳和/或内杆要用到嵌套结构、弹簧结构或者波纹管结构等可以适应较大拉伸或压缩且能保持导电连续性的结构。在发明实施例中提到的位移计等传感器均可使用这样的结构。
2.2)当有外壳没有内杆时，可以是单独移动第二反射点，也可以将第二反射点与外壳固定，然后共同移动外壳以及第二反射点来实现第二反射点的移动。当外壳和第二反射点固定成一个整体时，移动第二反射点会导致部分外壳要发生移动，而外壳必须保证导电的连同性，因此，外壳要用到嵌套结构、弹簧结构或者波纹管结构等可以适应较大拉伸或压缩且能保持导电连续性的结构。
本发明的所有实施例中介绍的传感器均有以上介绍的两种反射式和两种透射式的连接方式。在所述正反馈环路中可具有两个反射点、或者一个反射点、或者没有反射点。当所述正反馈环路有两个反射点时，射频同轴电缆转接头13通常连接在两个反射点之间的外壳上，所述解调设备用于测量所述两个反射点之间的谐振腔长；当只有一个反射点时，连接波形放大器使用的射频同轴电缆转接头13通常连接在该反射点和端部射频同轴电缆转接头之间的外壳上。当所述正反馈环路没有反射点时，连接波形放大器使用的射频同轴电缆转接头通常连接在端部射频同轴电缆转接头13和传感器另一端部之间的外壳上，所述解调设备用于测量所述正反馈环路的周长。该结构可以应用于本发明阐述的所有传感器，包络位移计、滑移计、角度计、应变传感器、测力计、液位计和压强传感器等各种传感器。
在以后的实施例中，大多情况仅用反射式举例，实际上每种传感器的保护范围均有以上介绍的两种反射式和两种透射式的连接方式，其中正反馈环路包括两个反射点、一个反射点和没有反射点三种工况。
本发明所有的专利也都包含有内杆和无内杆两种工况，用有内杆的工况来进行举例。
实施例一：微波谐振腔的腔长测量装置
腔长测量装置包括：微波谐振腔、解调设备；其中，微波谐振腔包括空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔、第一反射点、第二反射点，其中，所述第一反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第一位置处，所述第二反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第二位置处，所述第一位置和/或所述第二位置能够发生移动；所述第一反射点和所述第二反射点的反射率大于等于预设阈值；所述解调设备与所述微波谐振腔相连，用于对所述微波谐振腔内的微波信号进行分析，得到所述微波谐振腔的腔长，其中，所述微波谐振腔的腔长为所述第一反射点与所述第二反射点之间的距离。
本实施例中的腔长测量装置分为以下三种类型：
1)反射式腔长测量装置，在所述反射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的一端连接至射频同轴电缆转接头，所述射频同轴电缆转接头通过同轴电缆连接至所述解调设备，其中，所述解调设备为：矢量网络分析仪、或微波发生源加标量网络分析仪、或微波时域反射仪；所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的另一端为开放结构、或者密封结构、或者连接另一个射频同轴电缆转接头且该射频同轴电缆转接头与外壳和内杆均接触。
2)第一种透射式腔长测量装置，在所述第一种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第二端连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接所述解调设备。
这里，所述腔长测量装置至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，
所述正反馈环路模式中，所述解调设备包括：定向耦合器、波形放大器、计频器/频谱仪，其中，所述第一射频同轴电缆转接头与所述定向耦合器连接、所述波形放大器以及所述第二射频同轴电缆转接头依次连接，所述计频器/频谱仪与所述定向耦合器连接；
在所述无环路模式中，所述解调设备为矢量网络分析仪、或标量微波分析仪。
进一步，所述正反馈环路模式包括：微波正反馈环路、基于光电振荡器的正反馈环路；其中，
在所述微波正反馈环路中，包括：同轴电缆环路、微波定向耦合器、微波放大器或者微波功率分离器，所述解调设备中的各器件通过同轴电缆环路连接；
在所述基于光电振荡器的正反馈环路中，包括：高速光电解调器、激光或发光二极管光源、光纤环路、光纤耦合器、微波放大器或者光学放大器、微波定向耦合器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过光纤环路连接。
3)第二种透射式腔长测量装置，在所述第二种透射式腔长测量装置中：
所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的外壳壁连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接所述解调设备。
这里，所述腔长测量装置至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，
所述正反馈环路模式中，所述解调设备包括：定向耦合器、波形放大器、计频器/频谱仪，其中，所述第一射频同轴电缆转接头与所述定向耦合器连接、所述波形放大器以及所述第二射频同轴电缆转接头依次连接，所述计频器/频谱仪与所述定向耦合器连接；
在所述无环路模式中，所述解调设备为矢量网络分析仪、或标量微波分析仪。
进一步，所述正反馈环路模式包括：微波正反馈环路、基于光电振荡器的正反馈环路；其中，
在所述微波正反馈环路中，包括：同轴电缆环路、微波定向耦合器、微波放大器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过同轴电缆环路连接；
在所述基于光电振荡器的正反馈环路中，包括：高速光电解调器、激光或发光二极管光源、光纤环路、光纤耦合器、微波放大器或者光学放大器、微波定向耦合器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过光纤环路连接。
本实施例中，各个核心器件的标号如下：外壳1、内杆2、第一反射点3、第二反射点4、谐振腔5、射频同轴电缆转接头6、矢量网络分析仪或标量微波分析仪9、定向耦合器10、波形放大器11、计频器12、射频同轴电缆转接头13，其中：
外壳1是指连接到射频同轴电缆转接头外圈的连续导体，该导体可以是管，可以是半圆管，可以是弹簧，可以是一根杆，也可以是多个导体通过导电的连接件连接而成的组合导体。例如：两个或多个嵌套的导体管，两个或多个通过金属连接件连通的导体管，等等。图4列举了外壳常用的断面图。图7列举了多个零件构成外壳时，不同段外壳之间常用的连接方式。
内杆2也是连续导体，与外壳1同样，内杆2也可以是不同几何形状，断面形状可以是圆形、矩形或者半圆形等等，可以是直杆，可以是弹簧等曲线杆，也可以是多个导体连接在一起的连接件。特殊情况下，腔长测量装置可以不用内杆，通过解调设备对信号解调仍然可以测出需要的参数。图5列举了内杆常用的断面图。图7列举了多个零件构成内杆时，不同段内杆之间常用的连接方式。
第一反射点3和第二反射点4指的是在外壳和内杆的包络范围之内的一些物体，可以是各种形状，可以是不同大小，不同材料，也可以是多个零件的组合。只要能起到反射作用即可。如果反射点是连通外壳和内杆的导体，那么这一点的反射率就会很高，如果不是连通外壳和内杆导体，反射率会低一些。图6列举了反射点常用的断面图，图中阴影部分为反射点。
谐振腔5指的是第一反射点和第二反射点之间，同时在外壳和内杆之间的谐振腔，一般谐振腔内的介质为真空、气体、液体或者固体，如果是固体，那么固体不可以填充到反射点的移动范围内，这样才不会影响反射点的移动。
射频同轴电缆转接头6一般采用sma接头，也可以是其他接头，射频同轴电缆转接头6的外圈连接外壳1，射频同轴电缆转接头的中心信号针7连接内杆2。此外，射频同轴电缆转接头13一般是公转母接头或者公转公接头。解调设备与微波谐振腔之间的接口不局限于常用的sma接头或公转公、公转母接头，还可以是其他形式的射频同轴电缆转接头。
矢量网络分析仪或标量微波分析仪9是测量空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射振幅谱或透射振幅谱的设备。
定向耦合器10是为了形成正反馈电路的关键器件。
波形放大器11是为了提高正反馈电路的增抑比的器件。
计频器12是为了测量空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射谐振或透射谐振频率。
定向耦合器10、波形放大器11和计频器12共同构成空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的正反馈解调系统，与矢量网络分析仪或标量微波分析仪9同理，都称之为解调设备。
图1是空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的核心原件，包括外壳1、内杆2、第一反射点3、第二反射点4和谐振腔5。
图2(a)和图2(b)分别表示空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔不包括内杆和包括内杆的两种情况，其中，外壳和内杆可以是多种形状，可以是多种导体的连接结构，两个反射点只要在外壳1和内杆2的包络范围内即可。
图4表示常用的外壳1的断面图，可以是圆环、方框或者各种不规则形状，外壳甚至可以是弹簧或者一个圆杆。也可以分成多个导体连接在一起的组合，只要满足连续导体即可。
图5表示常用内杆2的断面图，内杆可以是空心的，也可以实心的，断面可以是多种样式，常用的断面有圆形、矩形和正多边形。内杆2可以是弹簧等空间曲线结构。内杆2也可以分成多个导体连接在一起的组合，只要满足连续导体即可。
图6是常用的反射点3或4的断面图，可以是各种形状。反射点可以是导体，也可以是绝缘体，只要有一分部在外壳1和内杆2的包络范围内即可；反射点可以与外壳和/或内杆接触，也可以不接触。以常用的外壳1是圆筒和内杆是圆杆的情况为例，反射点可以是填充在外壳1和内杆2之间的圆筒体或圆环体，也可以是一个遮盖部分外壳1和内杆2之间空腔的物体，比如图6中的第3、4和5幅图所示的一个小圆杆或者多孔圆片等等。
图7是外壳1或内杆2分段连接以后，外壳与外壳连接，或者内杆与内杆连接处的示意图。图7中画出了常用的是连接方式，包括搭接、错位、嵌套、或者用转轴连接，以及用导体波纹管连接，总之当分段的外壳1或内杆2的不同段之间发生相对移动或转动时，满足外壳1或内杆2的导电连续性即可。
在此基础上，腔长测量装置的常用构造如图8(a)-图12所示。
图8(a)和图8(b)为本发明实施例的反射式腔长测量装置的结构示意图。当没有内杆2时，外壳1与射频同轴电缆转接头6连接。当有内杆2时，外壳1和内杆2都要和射频同轴电缆转接头6连接。3和4分别为第一反射点和第二反射点，如果外壳1和内杆2与射频同轴电缆转接头6连接时，连接处已经带有一定的反射性，可以把这个连接处作为第一反射点。矢量网络分析仪或标量微波分析仪9用来发射和接收微波信号从而判断谐振腔5的长度，也就是第一反射点3和第二反射点4之间的有效距离。
图8(b)是一种特殊的位移计的形式，谐振腔的一端与所述射频同轴电缆转接头连接，另一端可以是开放的，可以是密封的，也可以连接一个同轴线缆转接头且该同轴线缆转接头与外壳和内杆是接触的，图8(b)图中右端部用的是同轴线缆转接头。以第二反射点4的移动为例，该反射点的移动方式是通过一个零件20的一端固定到第二反射点4上，另一端伸到外壳以外，通过牵引这个零件20的移动带动反射点的移动。由于零件20和第二反射点4连接成为一体，所以零件20与第二反射点4连接处在移动过程中会扫略到外壳的一部分，需要在外壳上被扫略的地方开槽，方便零件20和反射点的移动，同时也不会影响外壳的导电连续性。
腔长测量装置除了上述反射式结构外，还有第一种透射式结构和第二种投射式结构，其中：
第一种透射结构，指的是用两个射频同轴电缆转接头6分别在外壳1和内杆2的两端与外壳1和内杆2连接。当没有内杆2时，指的就是两个射频同轴电缆转接头6分别在外壳1的两端与外壳1连接。
第二种透射结构，指的是射频同轴电缆转接头6在外壳1和内杆2的左端与外壳1和内杆2连接，另一个射频同轴电缆转接头13寄到外壳的壁上，而非在右端部。当没有内杆2时，指的就是射频同轴电缆转接头6在外壳1的左端与外壳1连接，另一个射频同轴电缆转接头13寄到外壳的壁上，而非在右端部。
图9为本发明实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图一，本示例中，第一种透射式腔长测量装置带有正反馈环路，也即第一种透射式结构的第一种工况。
具体地，用两个射频同轴电缆转接头6分别连接在外壳1的两端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2连接两端射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在两个射频同轴电缆转接头6之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。两个射频同轴电缆转接头6分别通过同轴电缆8连接到定向耦合器10和波形放大器11上，并且将10和11相连，最后把定向耦合器10连接到计频器12上。当有两个反射点时，测量的是两个反射点之间的谐振腔长；也可以只有一个反射点，这样测出的是环路的周长。
图10为本发明实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图二，本示例中，第一种透射式腔长测量装置无环路，也即第一种透射式结构的第二种工况。
具体地，用两个射频同轴电缆转接头6分别连接在外壳1的两端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2连接两端射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在两个射频同轴电缆转接头6之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。两个射频同轴电缆转接头6分别通过同轴电缆8连接到矢量网络分析仪或标量微波分析仪9上，构成一个透射的环路。
图11(a)为本发明实施例的有两个反射点的第二种透射式腔长测量装置的示意图一，图11(b)为本发明实施例的只有一个反射点的第二种透射式腔长测量装置的示意图一；本示例中，第二种透射式腔长测量装置带有正反馈环路，也即第二种透射式结构的第一种工况。在所述正反馈环路中可具有两个反射点、或者一个反射点、或者没有反射点。当所述正反馈环路有两个反射点时，所述解调设备用于测量所述两个反射点之间的谐振腔长；当所述正反馈环路只有一个反射点或者没有反射点时，所述解调设备用于测量所述正反馈环路的周长；在位移传感器中或者倾斜仪中，所述正反馈环路可只有一个反射点。
图11(a)是有两个反射点的工况。一个反射点3在外壳1和内杆2之间，可以人为加入第一反射点，也可以将外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为第一反射点。测量的谐振腔长即为两个反射点之间的谐振腔长。图11(b)中，只有一个反射点，只需把射频同轴电缆转接头13连接到第一反射点3和射频同轴电缆转接头6之间的外壳上。测量的腔长为反馈环路的周长。连接时，一个反射点3在外壳1和内杆2之间，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为另一个反射点。在外壳的某一点固定一个射频同轴电缆转接头13，并且该转接头通过同轴电缆连接到波形放大器11上，射频同轴电缆转接头6通过同轴电缆连接到定向耦合器10上，并且将10和11相连，最后把定向耦合器10连接到计频器12上。
具体地，用一个射频同轴电缆转接头6连接在外壳1的左端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2的左端连接射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在外壳1和内杆2之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。在外壳的某一点固定一个射频同轴电缆转接头13，并且该转接头通过同轴电缆连接到波形放大器11上，射频同轴电缆转接头6通过同轴电缆连接到定向耦合器10上，并且将10和11相连，最后把定向耦合器10连接到计频器12上。
图12为本发明实施例的第二种透射式腔长测量装置的示意图二，本示例中，第二种透射式腔长测量装置无环路，也即第二种透射式结构的第二种工况。
具体地，用一个射频同轴电缆转接头6连接在外壳1的左端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2的左端连接射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在外壳1和内杆2之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。两个射频同轴电缆转接头6和13分别通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪或标量微波分析仪9上，构成一个透射的环路。
实施二：位移传感器
位移传感器包括实施例一所述的腔长测量装置，其中，所述微波谐振腔的腔长变化量表征所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移。
1)有两个反射点的第一种位移计
第一种位移计是基于固定的外壳1和内杆2，通过一个端部有反射点的套筒套在内杆2上前后移动来改变腔长。关于测量方式，分别采用反射式、基于第二种透射且带有正反馈环路的方式和基于第二种透射且无环路的方式来测量位移的大小。
在一实施方式中，两个反射点3和4都是连通外壳1和内杆2的导体，其中反射点4和套筒21以及探杆22可以是一个一种材料的整体零件，也可以是不同材料连接而成的组合零件。这样两个反射点之间可以构成谐振腔5。在另一实施方式中，两个反射点3或4不是连通外壳1和内杆2的导体，甚至反射点3和4本身的材料是绝缘体，这样反射率会有所降低，但是不影响传感器的工作性能。
具体连接的时候，在有内杆的情况下，外壳1要和同轴电缆转接头6的外圈连接，内杆2要和同轴电缆转接头6的中心信号针7连接，反射点3可以与外壳和内杆连接，反射点3和4可以是图6所示的各种结构以及其他各种形状，可以是各种材料。位移计的探杆22带动反射点4发生移动时，两个反射点之间的腔长发生改变，从而使得振幅谱发生变化，通过振幅谱的变化规律反映位移的规律。
图13(a)为本发明实施例的反射式的第一种位移计的示意图一，当反射点3和4之间的距离改变时，信号通过同轴电缆转接头6和同轴电缆8传输到矢量网络分析仪或标量微波分析仪9上，通过得到的反射振幅谱和相应理论解调出位移的大小。
图13(b)为本发明实施例的第二种透射式的第一种位移计的示意图一，关于第二种透射式的两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的位移计。解调系统14(也即解调设备)指得是图11中的带有正反馈环路情况下的定向耦合器10、波形放大器11和计频器12所构成的解调系统，或者图12中无环路情况下的矢量网络分析仪或标量微波分析仪9。当反射点3和4之间的距离改变时，信号通过同轴电缆和同轴电缆转接头6进入外壳1和内杆2之间，通过两个反射点3和4以后，得到的信号通过同轴电缆转接头13，再进入解调系统14进行分析。
2)只有一个反射点的第一种位移计
本发明的任何传感器均可以制作只有一个反射点测量正反馈环路周长的传感器，本实施例以正反馈环路的第一种位移计为例。图11(b)为本发明实施例的第二种透射式且带有正反馈环路的腔长测量装置的示意图，该腔长测量装置只有一个反射点。这样测出来的腔长即为正反馈环路的周长。
图13(c)为本发明实施例的只有一个反射点的第二种透射式且带有正反馈环路的第一种位移传感器的示意图。解调系统与有两个反射点的位移传感器的工况相同，区别是只有一个反射点，测量出来的腔长指得是正反馈环路的周长，而不是两个反射点之间的距离。因为位移的变化量正好是正反馈环路的周长的变化量，所以可以通过正反馈环路的周长来反映位移。
这里仅以位移计为例，其他结构的位移计以及其他类型的传感器，例如应变传感器、压强传感器、倾斜仪等，也可以均使用一个反射点的结构，均通过测量正反馈环路的周长来反映待测参数。该传感器的优点是可以实现高频的动态测量。
3)第二种位移计
第二种位移计的特点是套筒24和第一反射点3以及外壳1是连成一体的，内杆22和第二反射点4是连成一体的，内杆22和套筒24以及导电的直线轴承25共同构成内杆2。这样，无需在内杆2的外部做第一种位移计那样的套筒21。当然，这里包含第一种位移计中的类似结构，就是外壳可以是两段，第一反射点3和左端的外壳固定，第二反射点4和右端的外壳以及内杆22固定，这样外壳需要用到嵌套结构，确保两段外壳发生相对移动时始终是一个连续导体。需要说明的是，第二种位移计可以不放置反射点3，使用直线轴承25或者套筒的右端作为第一反射点。
图14为本发明实施例的反射式的第二种位移计的示意图二，当反射点3和4之间的距离改变时，信号通过同轴电缆转接头6和同轴电缆8传输到矢量网络分析仪或标量微波分析仪9上，通过得到的反射振幅谱和相应理论解调出位移的大小。也可以使用第二种透射式结构的第二种位移计。
实施例三：滑移传感器
1)单向滑移计
单向滑移计包括两个位移传感器，分别为第一位移传感器和第二位移传感器，其中，所述第一位移传感器通过外壳固定在第二物体的第一斜孔内，所述第二位移传感器通过外壳固定在第二物体的第二斜孔内，所述第一位移传感器的探杆穿过所述第一斜孔垂直抵在第一支档斜面上，所述第二位移传感器的探杆穿过所述第二斜孔抵垂直在第二支档斜面上，所述第一支档斜面与所述第二支档斜面为零件36上的两个斜面37，所述零件固定在第一物体上；所述第一位移传感器用于检测所述第一支档斜面上的位移变化量，所述第二位移传感器用于检测所述第二支档斜面上的位移变化量，通过所述第一支档斜面上的位移变化量和所述第二支档斜面上的位移变化量和两个斜面的法向量矩阵可以计算出所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量和纵向分离量。
所述斜面37两个斜面分别是倾角为θ1的第一支档斜面和倾角为θ2的第二支档斜面，按照图15中滑移计结构，两个斜面的法向量构成的二阶矩阵
所述第一位移传感器用于检测所述顶在第一支档斜面上位移计读出的位移变化量δd1，所述第二位移传感器用于检测所述第二支档斜面位移的变化量δd2，通过所述第一支档斜面的变化量和所述第二支档斜面的变化量以及两个斜面的倾角θ1和θ2，即可得到所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量δx和纵向分离量δz：
图15为本发明实施例的反射式单向滑移计的示意图，也可以使用第二种透射式结构的滑移计。本实施例研究的就是介质a相对介质b的相对水平滑移量和相对纵向位移量。常用的是研究钢构件和混凝土之间的相对滑移，例如：a表示钢构件，b表示混凝土。单向滑移计主要包括：位移计30；位移计探杆31；探杆端部的滚动装置32，用来防止位移计探杆接触斜面37时产生的摩擦力对杆的晃动影响；保护位移计的装置33；固定位移计的带斜孔的载体34，这个非常重要，固定的一定是位移计的外壳1，内杆可以通过34上的两个斜孔，而且这两个斜孔分别垂直于斜面37的两个斜面；滑移计的密封装置35，一般用较软的材料制作，防止滑移计上半部分相对下半部分发生滑移时，有水汽和粉尘等物体的浸入；滑移计下半部分带支挡斜面的载体36，这个载体要固定到介质a上；斜面37在载体36上，两个斜面可以是相同角度，可以是不同角度，角度范围可以是-90°到90°之间；38是固定载体36的介质a；39是位移计30的载体b。
2)双向滑移计
双向滑移计包括三个位移传感器，分别为第一位移传感器和第二位移传感器、第三位移传感器，其中，所述第一位移传感器通过外壳固定在第二物体的第一斜孔内，所述第二位移传感器通过外壳固定在第二物体的第二斜孔内，所述第三位移传感器通过外壳固定在第二物体的第三孔内，所述第一位移传感器的探杆穿过所述第一斜孔垂直抵在第一支档斜面上，所述第二位移传感器的探杆穿过所述第二斜孔垂直抵在第二支档斜面上，所述第三位移传感器的探杆穿过所述第三斜孔垂直抵在第三支档斜面上，所述第一支档斜面与所述第二支档斜面以及所述第三支档斜面为零件的三个斜面，所述零件固定在第一物体上；所述第一位移传感器用于检测所述第一支档斜面上的位移变化量，所述第二位移传感器用于检测所述第二支档斜面上的位移变化量，所述第三位移传感器用于检测所述第三支档斜面上的位移变化量，通过所述第一支档斜面上的位移变化量和所述第二支档斜面上的位移变化量以及所述第三支档斜面上的位移变化量和三个斜面的法向量矩阵可以计算出所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量和纵向分离量。
本实施例与单向滑移计的原理相同，只是增加了一个位移计和一个斜面。三个斜面如图16所示，且第一支档斜面、第二支档斜面和第三支档斜面的法向量矩阵必须满足条件为：行列式
所述第三位移传感器用于检测所述顶在第三支档斜面上位移计读出的位移变化量δd3，通过所述第一位移传感器用于检测所述第二支档斜面位移的变化量δd1和所述第二位移传感器用于检测所述第二支档斜面位移的变化量δd2以及所述第三位移传感器用于检测所述第二支档斜面位移的变化量δd3，即可得到所述第一物体相对于所述第二物体的水平滑移量δx、δy和纵向分离量δz：
与单向滑移计同理，双向滑移计也包括反射式双向滑移计、第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的双向滑移计。
实施例四：角度传感器
1)第一种角度计
第一种角度计包括位移传感器、齿条以及齿轮，所述位移传感器中的第一反射点和第二反射点中的其中一个反射点固定，另一个反射点能够移动；其中，能够移动的反射点与所述齿条固定连接，所述齿轮与所述齿条相抵，所述能够移动的反射点的位移表征所述齿轮的转动角度。
图17为本发明实施例的反射式的第一种角度计的示意图，也可以使用第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)做成第一种角度计。具体地，第一种角度计的测量是基于位移计的，只不过通过齿条和齿轮，将直线位移转化成齿轮的转动角度，从而反映角度的变化规律。位移计可以采用不同种类的位移计，这里以第一种位移计为例。位移计固定在一个物体c上，位移计端部的探杆22上带有齿条40，齿轮41也固定在物体c上，也就是齿轮41可以绕着转动中心42发生转动。当角度改变θ时，齿轮41的半径为r，那么位移计上测出的位移变化量就是l＝θr。通过测出的l和已知的r，可以求出角度θ＝l/r。
2)第二种角度计
第二种角度计包括位移传感器，所述位移传感器中的所述微波谐振腔呈弧形，所述位移传感器中的第一反射点和第二反射点中的其中一个反射点固定，另一个反射点能够移动；其中，能够移动的反射点在所述弧形的微波谐振腔中的位移表征所述反射点以所述弧形的圆心为原点的转动角度。
图18为本发明实施例的反射式的第二种角度计的示意图，也可以使用第一种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的第二种角度计的示意图，还可以使用第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的第二种角度计的示意图。具体地，第二种角度计的测量是基于圆弧形的外壳和内杆的，这样相当于把位移计弯曲，使其轴线从直线变成圆弧。第二种角度计主要包括：第一反射点3，第二反射点4，密封装置15，圆弧形同轴电缆外壳51，圆弧形的中心杆52，角度计的指针53，指针的转动点54。
第二种角度计的测量机理为：指针53的一端与第二反射点4是连接成一体的，指针53的另一端固定在转动中心点54上，指针53可以绕着转动中心点54发生转动。当角度发生变化时，即指针53转动了角度θ，第二反射点4发生了移动，第一反射点3与第二反射点4之间腔长发生了改变，从而通过腔长的改变量反映角度的变化。当然，可以固定第二反射点，通过指针53带动第一反射点移动来改变腔长。
实施例五：应变传感器
应变传感器(也称为应变计)的原理同位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移除以监测长度表征应变。
图19(a)为本发明实施例的反射式的应变传感器的示意图，图19(b)为本发明实施例的第一种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的应变传感器的示意图，图19(c)为本发明实施例的第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的应变传感器的示意图，其中图19(c)表示正反馈环路时的工况下，可以去掉左边的第一反射点，测量的是环路的周长。
具体地，应变传感器是通过第一反射点3和第二反射点4之间的腔长变化来反映应变的。因为金属外壳和内杆往往刚度比较大，本发明实施例提出无阻力或者微小阻力的应变传感器结构。在实施例九中进行介绍。应变传感器主要包括：第一反射点3，第二反射点4，密封装置15，应变传感器左端外壳61，应变传感器右端外壳62，应变传感器左端外壳的固定点63(例如混凝土应变传感器，63就是左端外壳61上的圆片，与左端外壳61完全固定。如果是钢筋应变传感器，63和64就是应变传感器在钢筋上的两个固定点)，应变传感器左端外壳的固定点64。通常情况下，左端外壳61、左端外壳的固定点63和第一反射点3三个零件是固定到一起的，是不发生相对移动的，右端外壳62、右端外壳的固定点64和第二反射点4三个零件是固定到一起的，是不发生相对移动的。
实施例六：测力传感器(测力计)
测力传感器(测力计)包括位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移与测力计的刚度可以表征力。
测力计是基于传感器受力时，腔内有两个可以发生相对几何移动的反射点的移动过程来反映位移的变化过程的，测力计的两端要固定到两个物体上或者一个物体的两端由于变形发生相对移动的点。当有拉力或者压力发生时，测力计零件会发生变形，从而使得两个固定点之间的腔长发生变化，而传感器上两个反射点分别固定到两个物体上，两个反射点分别跟着传感器在两个物体上的固定点发生移动，因此通过传感器可以得到腔长或应变的变化量，通过应变、刚度和截面尺寸，即可求出力的大小。测力计和应变传感器的最大区别，就是要利用外壳或内杆的刚度和应变来反映力的大小。一般不会将外壳和内杆都分成两段；特殊情况下，如果外壳和内杆都分成两段，则需要在外壳的外部再用一个弹簧或者带有一定刚度的物体来反映荷载作用下的位移或变形。测力计上变形体的刚度可以是抗弯刚度ei，也可以轴向刚度ea。e表示材料的弹性模量，i表示转动惯量，a表示面积。如果腔长的变化基于弯曲变形或者弯曲变形产生的挠度，使用ei作为抗弯刚度；基于轴力，使用ea作为抗拉或抗压刚度。也可以利用弹簧做基于大变形的测力计。以下为几种测力计的类型：
第一种工况，内杆2是弹簧，外壳1是嵌套管等可以发生相对移动且始终导电的导体，两个反射点可以发生相对移动，且至少有一个反射点与弹簧做成的内杆2固定，使其可以随着弹簧内杆2的变形发生移动。
第二种工况，弹簧作为外壳1，内杆2可以是嵌套的管，也可以是一根直杆，两个反射点可以发生相对移动，且至少有一个反射点与弹簧固定。
第三种工况，弹簧外壳1且内杆2均是弹簧，两个反射点可以发生相对移动，且至少有一个反射点与两个弹簧都固定在一起。
第四种工况，外壳1是连续导体且内杆2是嵌套管或杆，也就是内杆2分成左右两段，一个反射点与外壳和左内杆固定，另一个反射点与外壳和右内杆固定，这样基于外壳的刚度以及在荷载作用下的应变来反映力的大小。
第五种工况，内杆2是嵌套管等可以发生相对移动且始终导电的导体，外壳也采用图7中的嵌套方式，总之确保两段或多段管之间可以发生相对移动。弹簧的两端分别固定到两个反射点所在位置的外壳。这样可以通过传感器测出弹簧的伸长量，根据弹簧的伸长量、弹簧长度和弹性系数判断力的大小，与外壳和内杆的刚度无关。
测力计的电路连接可以采用反射式和透射式，图20为本发明实施例的反射式的测力计的示意图，也可以是基于第一种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的测力计，还可以是基于本发明实施例的第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的测力计。
本实施例中的测力传感器经过封装可以做成s型测力计、锚索测力计以及弹簧测力计等类型。
图21中测力计的特点是基于斜面作为反射点，通过斜面上下移动来改变腔长，是基于应变的测力计。变形体83受力发生应变以后，会带动固定外壳1的装置81和固定倾斜放置的第二反射点80的装置82发生移动。也就是第二反射点80相对内杆2的轴线在竖直方向上发生相对移动量δy，当第二反射点80与内杆2的轴线夹角是θ时，第一反射点3和第二反射点80之间的发生的距离变化是δl＝δy/tanθ。δl也是腔长变化量，通过测量腔长变化量，可以求出受力变形零件83的应变ε，乘以刚度e和面积a，即可得到拉力f。
图22(a)中的测力计是通过弯曲和拉伸或压缩变形导致的中点挠度变化来改变腔长的测力计。第一反射点固定在方框体84的下方横梁，第二反射点固定在方框体84的上方横梁。当方框体84受到图示的力f时，方框体会发生由于弯曲和轴力产生的变形，从而使得两个反射点之间的距离发生变化。通过标定荷载和腔长之间的关系标定测力计的刚度，在知道测力计刚度的基础上，通过测量两个反射点之间腔长的变化量，可以测出力的大小。
图22(b)中的测力计是s型测力的结构示意图计，与图22(a)的测力计原理相同，只是图22(b)中，同轴电缆测力计的第一反射点固定在s型测力计最上面的横梁上，第二反射点固定在s型测力计最下面的梁上，测出来的位移指的是上下横梁的相对移动量。其实只要基于两个点之间的应变和变形物体的刚度，都可以当做测力计。
图23中的测力计是锚索应力计的结构和安装示意图。将若干个同轴电缆应变传感器等角度分布在圆环形测力计的弹性体88内部，每个应变传感器的两个反射点都是固定到外壳1的上的，随着外壳1发生变形而改变腔长。外壳1和内杆2的轴线都与弹性体88的轴线平行，通常将弹性导体88上钻孔后的孔壁当做外壳1，直接在孔壁上轴向方向的不同位置固定两个反射点，孔的中心可以通过一个导体杆当做内杆2。当锚索受到拉力f时，钢绞线92的拉力作用到锚索头90上，挤压测力计89，而测力计89的另一端被锚索座91顶住，形成对锚索座的挤压力，从而使得圆环形测力计的弹性体88发生变形，从而带动两个反射点发生相对移动，进而改变了同轴电缆应变传感器的腔长。
图24中的两个图是基于材料应变和弹簧变形的测力计结构示意图。该传感器是基于小变形的大量程测力计，内杆2是弹簧或嵌套杆，力的大小通过外壳的刚度和变形来体现。外壳的刚度是ea，第一个受力点71和第一反射点3在一个平面上，第二个受力点72和第二反射点4在一个平面上，当两个受力点之间的间距是l时，受力后，腔长改变量δl，那么力的大小f＝eaδl/l。
实施例七：位移折减或放大的位移计
本实施例中，位移传感器还包括位移折减结构，所述位移折减结构与所述位移传感器中能够移动的反射点连接，其中，所述位移折减结构为：齿轮、或斜面。
1)基于齿轮进行位移折减或放大的位移计
图25为本发明实施例的反射式的通过齿轮对位移进行折减或放大的位移计的示意图，也可以使用第二种透射式的两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的通过齿轮对位移进行折减或放大的位移计。
具体地，基于齿轮进行位移折减的位移计，位移计的载体与实施例二中的同轴电缆位移计一样，区别是要把很大的腔长变化量折减成较小的腔长变化量。主要包括：实施例二中的同轴电缆位移计，带两种以上齿数的多层齿轮或齿轮组102，测量位移的带齿条的探杆103，限制探杆103的带孔装置104。
测量机理：带齿条的探杆103发生移动时，会带动齿轮或者齿轮组102发生转动，通过多层齿轮或齿轮组，使得较大的位移变成较小的位移传递到实施例2中的同轴电缆位移计上，也可以使得较小的位移变成较大的位移传递到实施例2中的同轴电缆位移计上。齿轮的结构和千分表的齿轮组同理，假设位移量是w，折减率或放大率是a，那么腔长的改变量δl就是wa。因为a已知，测出的腔长变化量δl，实际的位移就是w＝δl/a。
2)基于斜面进行位移折减的位移计
图26为本发明实施例的反射式的通过斜面对位移进行折减的位移计的示意图，也可以使用第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的通过斜面对位移进行折减的位移计。
具体地，基于齿轮进行位移折减的位移计，位移计的载体与实施例二中的同轴电缆位移计一样。主要包括：实施例二中的同轴电缆位移计，斜面111，位移计探杆112，防止探杆112晃动以及密封的装置113，直线轴承的外壳114，直线轴承115，支挡块体116，位移计外壳117，固定同轴电缆位移计30上外壳1的固定装置118，防晃滑块119，弹簧120，位移计端部的密封塞121。
测量机理：位移计探杆发生移动时，移动量为w，会带动斜面103在水平方向移动w。实施例2中的位移计垂直于斜面，其中位移计外壳固定在118上，118固定在位移计的外壳117上，同轴电缆位移计的探杆可以通过118的孔顶到斜面上，孔118也对同轴电缆位移计的探杆起到了一定防晃作用。当水平位移是w时，也就是斜面在水平方向移动w时，斜面的角度是θ，同轴电缆位移计的腔长变化量就是δl＝wsinθ。θ越小，位移折减的越大。
实施例八：液位传感器
液位传感器，即液位计，包括位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移表征液位变化量。
图27(a)为本发明实施例的反射式的液面作为第二反射点的液位计的示意图，图27(b)为本发明实施例的液面上方漂浮物体作为第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的液位计的示意图。第一反射点一般在最高液面以上，第二反射点可以直接是液面本身，也可以是外壳和内杆包络范围内的漂浮在液面上方的物体，常用外壳内杆之间液体的液面作为第二反射点4，如图27(a)所示。当液位改变时，位置发生变化的第二反射点4既可以是液面本身，也可以是液面上漂浮的物体，该漂浮物随着液面上下浮动。第二反射点无论是液面还是漂浮物都至少有一部分在外壳与内杆的包络范围内。外壳可以是管状壳体，也可以是一根杆或其他形状的连续导体；外壳可以是封闭式的，也可以是敞开式的。图27(c)是一种特殊的液位计，直接用一个杆作为外壳1，用液面当做第二反射点4，仍可采用反射式或第二种透射式的方法测出液位的变化。图27(d)采用液面上的漂浮物或液面作为第一反射点，第二反射点始终没入液体，在最低液位以下。
实施例九：基于柔性导体材料或嵌套结构的传感器
本实施例以反射式同轴电缆传感器为例，透射和正反馈环路同样适用。第一反射点和第二反射点可以使用导体、半导体或绝缘体，通常使用导体，反射点在外壳和内杆之间都构成短路。常用的，第一反射点覆盖外壳和内杆之间的包络面积小于第二反射点的覆盖面积。第二反射点可以对外壳和内杆之间区域形成全覆盖，也可以不全覆盖。常用的，第一反射点是一个尺寸不大的小圆杆或者方杆或其他形状的杆，垂直于传感器内杆的轴线方向放置，对外壳和内杆构成短路，覆盖外壳和内杆之间区域的面积小于外壳和内杆之间包络面积的50％。第二反射点通常是全覆盖外壳和内杆之间的区域，对外壳和内杆构成短路或高反，通常对外壳和内杆之间区域的覆盖面积在外壳和内杆之间包络面积的50％到100％之间。一般位移计、应变传感器等传感器，第一反射点和第二反射点通常是导体材料，如果是液位计，第二反射点是液面。所有传感器均可做成反射式、透射式或正反馈环路形式的传感器，而且均可没有内杆。
机械结构使用基于柔性导体材料或嵌套结构的传感器，主要特点是外壳和内杆中的一个，或两者同时满足有一段或全部是由刚度较低(刚度小于预设值)的弹性导体材料构成，或者是嵌套管和嵌套杆构成。基于柔性导体材料的传感器，该材料通常由弹簧、导电橡胶、薄壁金属、细金属丝或波纹管等构件构成，也可称作柔性导体材料。其中，外壳或内杆串联的弹簧、波纹管等电感原件可以提高测量腔长的灵敏度。该结构的优点是在满足导电的前提下，外壳、内杆可以发生较大的变形，又由于弹簧等结构刚度小，使得改变两个反射点之间的距离时的阻力较小。基于嵌套结构的传感器，主要特点是外壳和内杆中的一个，或两者同时满足有一段、多段或全部是由嵌套的导电的壳或杆组成。该结构的优点是在满足导电的前提下，外壳、内杆同时或至少有一个部件是由两段以上的嵌套结构组成，不同段之间可以发生相对移动，且保持导体的连续性，主要适用于应变传感器和位移计等传感器。两种结构都适用于基于应变和位移衍生出来的传感器，而且两种结构可以组合使用。第一反射点一般是一个覆盖外壳和内杆之间包络范围内较小的反射点，通常不超过包络面积的50％，材料可以是导体，也可以是半导体或绝缘图，常用导体。第二反射点比第一反射点包络范围要大一些，不考虑做成分布式传感器的情况下，通常是全覆盖外壳和内杆之间的区域，材料也可以是导体、半导体或绝缘体。第二反射点通常在传感器端部，也可以不在端部。
1)基于柔性导体材料或嵌套结构的位移计
图28(a)为本发明实施例的反射式的基于柔性导体材料的位移计示意图。在第一反射点和第二反射点之间的外壳和内杆均连接有一段柔性导体材料。柔性导体材料零件151和152是由刚度较低(刚度小于预设值)的弹性导体材料构成。该刚度较低(刚度小于预设值)的弹性导体通常由弹簧、导电橡胶、薄壁金属、细金属丝或波纹管等构件构成。零件151和152通过焊接、粘接或机械固结等连接方式连接到外壳和内杆上。一旦位移改变，两个反射点之间的距离发生改变，零件151和152发生会拉伸或压缩，而且适应较大位移量产生的拉伸或压缩量，且始终满足连续性和导电性。也可以用来做成压强传感器等其他类型的传感器。
图28(b)为本发明实施例的反射式的基于嵌套结构的位移计示意图。此时，零件151和152是由嵌套管和嵌套杆组成，通常零件151和152使用滚筒轴承等基于滚动摩擦的导体结构，也可以是基于石墨润滑等摩擦系数较小的滑动摩擦导体结构。一般情况下，零件151和152与其中一端与外壳和内杆固定，另一端外壳和内杆可以相对零件151和152发生移动，此时的阻力就是滚动摩擦或滑动摩擦力，且始终可以保证外壳和内杆的导电连续性。该结构的优点是仅有微小的摩擦阻力且阻力大小不随位移发生变化，而且可以做出大量程的位移计或应变传感器的传感器，使用寿命也会变长。也可以用来做成压强传感器等其他类型的传感器；
图28(c)为本发明实施例的外壳使用嵌套杆结构且没有内杆时，位移传感器的结构示意图。整体结构与图28(b)相同，只是没有内杆。同样可以测出腔长来判断位移的大小。
2)基于柔性导体材料或嵌套结构的应变传感器
图29(a)为本发明实施例的反射式的基于柔性导体材料的应变传感器示意图。在第一反射点和第二反射点之间分布的外壳和内杆均连接有一段材料使用柔性导体材料。图29(b)为本发明实施例的反射式的基于嵌套结构的应变传感器示意图。这两种应变传感器的结构和图28中的两种位移计相同，区别是在传感器上有了两个固定应变传感器的点63和64，两个点之间的距离就是应变传感器的监测长度，用应变传感器测出来的腔长变化除以该长度，就是应变量的大小。一般情况下，两个反射点3、4和两个固定应变传感器的点63、64是固定且重合的。当63和64是圆片时，一般是埋入混凝土等材料的应变传感器；当63和64是卡具或其他结构时，可以做成测量钢筋、钢板等结构的应变传感器；图29(c)为本发明实施例的外壳使用嵌套杆结构且没有内杆时，应变传感器的结构示意图。整体结构与图29(b)相同，只是没有内杆。同样可以测出腔长来判断位移的大小。
3)基于内杆是柔性导体材料或嵌套结构的压强、加速度传感器和测力计
此类传感器的特点在于第二反射点是较薄的膜片4，且膜片和内杆中间是通过柔性导体材料或嵌套杆152连接的，这样膜片4中心点在外力作用下中点挠度会发生变化，不会被刚度很大的内杆顶住，且满足内杆到膜片之间良好的导电性。膜片4常用导体材料或内部有导体镀层的绝缘体材料制作，特殊情况下也可以用绝缘体。
图30(a)为本发明实施例的反射式的内杆基于柔性导体材料或嵌套杆的压强传感器示意图，外壳默认为是刚度较大的导体材料做成的，不具有良好的压缩性，只有两个反射点之间的内杆全部或有一部分使用弹簧等柔性导体材料或嵌套杆做成。这种结构的优点是内杆不会限制端部膜片中心点的变形，即满足了膜片中心点发生一定的挠度变化，还能保证内杆和膜片之间具有良好的导电性。当外界压强改变时，膜片的挠度会发生变化，由于膜片就是第二反射点，因此第一反射点和第二反射点之间的距离发生变化，通过膜片挠度变化程度来反映压强的大小。
图30(b)为本发明实施例的反射式的内杆基于柔性导体材料或嵌套杆的加速度传感器示意图，外壳默认为是刚度较大的材料做成的。端部膜片中心固定有质量块153，当传感器轴线方向的加速度改变时，质量块153的质量乘以加速度，会产生一个力，导致膜片的挠度发生改变，从而改变了两个反射点之间的距离，通过膜片挠度变化程度来反映加速度的大小。
图30(c)为本发明实施例的反射式的内杆基于柔性导体材料或嵌套杆的测力计示意图，外壳默认为是刚度较大的材料做成的。端部膜片4中心向左是谐振腔5，向右有探杆22。拉动探杆22会导致膜片4的挠度发生变化，从而改变了两个反射点之间的距离，通过膜片挠度变化程度来反映力的大小。
图30(d)为本发明实施例的内杆连接柔性导体材料或内杆使用嵌套杆时，基于膜片变形的倾斜仪结构示意图，外壳默认为是刚度较大的材料做成的。端部膜片4作为第二反射点，其中心固定有质量块153，质量块153通过柔性绳或细杆155连接到吊线架154的顶部，吊线架和外壳1固定。当倾角发生变化时，质量块153会发生左右摆动，会挤压或拉伸膜片，使得膜片4的挠度发生变化，从而改变了两个反射点之间的距离，通过膜片挠度变化程度来反映倾角的大小。通常情况下155使用柔性绳，也可以使用刚度较小的细杆，细杆与质量块和吊线架顶部进行连接时可以采用铰接，也可以采用固结。
特殊情况下，当只有外壳没有内杆时，膜片的中心点挠度发生变化时没有来自内杆的约束或阻力，因此不需要柔性导体材料，直接测量膜片的挠度变化即可反映压强、加速度、力以及倾角的大小。以压强传感器为例：
图30(e)为本发明实施例的只有外壳没有内杆时，基于膜片变形的压强传感器结构示意图；膜片作为第二反射点，腔长变化量与膜片挠度变化量是相关的，通过膜片在不同压强下的挠度变化量的不同，即可确定压强的大小。
其他传感器均可使用没有内杆的结构。
4)基于外壳和内杆均含有柔性导体材料或嵌套结构的压强、加速度传感器和测力计
此类传感器的特点在于外壳和内杆均至少有一段由柔性导体材料或嵌套结构构成，常用结构是外壳和内杆均有一段是柔性导体材料构成；也可以是外壳或内杆中有一个构件是由柔性导体材料构成，另一个由嵌套结构构成。最常用的结构还是两者都是柔性导体材料，这里用该工况进行举例。柔性导体材料或嵌套结构要在两个反射点之间。第二反射点可以是膜片，也可以是刚度较大的零件，也可以是复杂零件。这样第二反射点在外力作用下会压缩或拉伸外壳和内杆上的柔性导体材料，从而导致柔性导体材料发生变形，改变了两个反射点之间的距离，即改变了谐振腔长。通常情况下，第一和第二反射点是导体材料，且满足内杆到外壳之间构成短路。特殊情况下，两个反射点也可以用半导体或绝缘体制作。
图31(a)为本发明实施例的反射式的外壳和内杆都含有柔性导体材料的压强传感器示意图，两个反射点3和4之间的外壳和内杆均有一段使用弹簧等柔性导体材料构成。这种结构的优点是满足外壳内杆都是连续导体的前提下，可以通过拉伸或压缩柔性导体材料151和152，使得两个反射点之间的距离(即谐振腔长)比起图31的工况发生更大的变化。当外界压强改变时，柔性导体材料发生变形，第一反射点和第二反射点之间的距离发生变化，即谐振腔长发生变化，通过谐振腔长变化程度来标定压强的大小。谐振腔长的变化量和压强通常满足线性或非线性的关系，方便标定。
图31(b)为本发明实施例的反射式的外壳和内杆都含有柔性导体材料的加速度传感器示意图，两个反射点之间的外壳和内杆均有一段使用弹簧等柔性导体材料构成。端部的第二反射点4中心固定有质量块153，一般情况下，质量块153连接外壳和内杆的那个面可以作为第二反射点4。当传感器轴线方向的加速度改变时，质量块153在质量乘以加速度，会产生一个力，导致柔性导体材料发生变形，从而改变了两个反射点之间的距离，即谐振腔长发生变化，通过谐振腔长变化程度来反映加速度的大小。
图31(c)为本发明实施例的反射式的外壳和内杆都含有柔性导体材料的测力计示意图，两个反射点之间的外壳和内杆均有一段使用弹簧等柔性导体材料构成。端部的第二反射点零件4向左是谐振腔，向右连接有探杆22。拉动探杆会导致柔性导体材料发生变形，从而改变了两个反射点之间的距离，即谐振腔长发生变化，通过谐振腔长变化程度来反映力的大小。弹簧的弹性系数是k，长度l时，受力后，腔长改变量δl，那么力的大小f＝kδl。
图31(d)为本发明实施例的外壳和内杆均连接柔性导体材料或嵌套结构时，基于质量块移动的倾斜仪结构示意图，两个反射点之间的外壳和内杆均有一段使用弹簧等柔性导体材料构成。端部第二反射点4中心固定有质量块153，一般情况下，质量块153连接外壳和内杆的那个面可以作为第二反射点4。质量块153通过柔性绳或细杆155连接到吊线架154的顶部，吊线架和外壳1固定。当倾角发生变化时，质量块153会发生左右摆动，可以拉伸或压缩柔性导体材料151和152，从而改变了两个反射点之间的距离，通过腔长变化程度来反映倾角的大小。通常情况下155使用柔性绳，也可以使用刚度较小的细杆，细杆与质量块和吊线架顶部进行连接时可以采用铰接，也可以采用固结。通过增大质量块153的重量和减小柔性导体材料151和152的弹性系数，可以增加倾斜仪的灵敏度。
特殊情况下，当只有外壳没有内杆时，外壳满足有一段、多段或全部是由刚度小于预设值的弹性导体材料或嵌套管结构构成。此时没有内杆的影响，只有外壳的柔性导体材料或嵌套结构发生拉伸或压缩，产生位移，通过测量第一反射点和第二反射点之间的距离变化即可反映压强、加速度、力以及倾角的大小。以倾斜仪为例：
图31(e)为本发明实施例的外壳均连接柔性导体材料且没有内杆时，基于质量块移动的倾斜仪结构示意图；倾角发生变化时，质量块153左右摆动的过程中，只受到外壳上串联的柔性导体材料的弹力的影响，而没有来自内杆上串联的柔性导体材料的弹力的影响。
其他传感器均可使用没有内杆的结构。
图32为本发明实施例的反射式的外壳和内杆都含有柔性导体材料的三向加速度传感器示意图。每个方向的加速度传感器的结构和图31(b)相同，特点是使用质量块153的三个面同时充当三个相互垂直放置的加速度传感器的第二反射点，质量块153通常做成长方体或球体等对称形状的块体。通过三个加速度传感器的谐振腔长变化量即可确定三个方向加速度的大小。
实施例十：基于谐振腔长变化量放大机制的高灵敏度压强传感器
本实施例以反射为例，透射和正反馈环路同样适用。在实施例十中，图30(a)所示的压强传感器由于腔长变化量较小，所以精度较低。本实施例采用两种机械实际来放大第一反射点和第二反射点之间距离变化量，即放大谐振腔长变化量。使得压强传感器的灵敏度和精度大大提高。同样，可以采既有外壳又有内杆的结构，也可以采用只有外壳没有内杆的结构。
1)基于膜片结构的压强传感器
图33(a)为本发明实施例的扩大膜片尺寸增加灵敏度和精度的第一种压强传感器。当该膜片结构132用作压强传感器时，膜片仍然是第二反射点4。为了增大灵敏度和精度，可以在外壳端部加上扩口零件131，同时扩大膜片4的尺寸，使得膜片的直径大于较小直径外壳1的直径，膜片132的外圈通过一个喇叭口或大直径的导电零件连接在扩口零件4上，扩口零件4和直径较小的外壳1连接，但由于直径较小处的外壳1和膜片4之间仍然连接着柔性导体材料，可以认为外壳的导体部分的内径从第一反射点直到膜片都没有发生变化。内杆也是通过一段弹簧等柔性导体材料与膜片的中心连接。因此当膜片受压时，外壳和内杆端部对应的柔性导体材料同时被压缩，这样使用大直径膜片，放大了端部位移，提高了压强等传感器的精度和灵敏度。该工况下，也可以在外壳和膜片之间不连接柔性导体材料151。当内杆和外壳同时采用嵌套管时，膜片对应内杆和外壳的区域在压缩过程中只受到嵌套管和嵌套杆发生相对移动时的摩擦力影响，也是很小的阻力。嵌套管和嵌套杆起到的作用和柔性导体材料一样。特殊工况下，也可以在外壳和膜片之间不放置嵌套管。
也可以采用只有外壳没有内杆的结构，这样膜片变形过程中没有来自内杆上串联的柔性导体材料变形时带来的弹力。
图33(b)为本发明实施例的扩大膜片尺寸增加灵敏度和精度的第二种压强传感器示意图，与图33(a)的区别是，这里没有把膜片132作为第二反射点4，而是将反射点与膜片进行连接，使得反射点伸入到较细处的外壳内部。也可以使用第二种透射式两种工况(正反馈环路和无环路两种结构)的压强传感器。
具体地，压强传感器是基于位移计的原理，第二反射点4的移动量就是膜片132中点的挠度的变化量。主要包括：连接膜片132和第二反射点4上的托架130；固定膜片132的圆筒131；受压变形的膜片132。
固定在膜片132和第二反射点4上的托架130就是实施例二中的套筒21和探杆22的组合，区别就是这个托架130右端的端部与膜片132的中点也要固定在一起。这样当膜片受压发生变形时，膜片中点的挠度发生变化，从而带动托架132发生移动，132带动第二反射点4发生移动，从而改变了第一反射点3与第二反射点4之间的腔长。通过腔长的变化量和膜片的刚度(压强与中点挠度之间的关系)即可判断压强的大小。
2)基于波登管的压强传感器
图34(a)为本发明实施例的基于c型波登管的压强传感器。传感器主体的结构和图31(a)的压强传感器相同，即外壳和内杆均串联有柔性导体材料，区别在于压强不再作用于端部的膜片4上，而是作用在波登管压强传感器上带隔离膜片的加压口163上，将c型波登管161的端部或弯管上的一点固定到第二反射点4上，常用的是固定波登管端点。再将波登管的底座164通过连接零件160上的某一点固定到传感器的外壳上。这样波登管受压变形后，端部的挠度发生变化，带动第二反射点发生较大的移动，阻力就是柔性导体材料151和152产生的微小弹力，对第二反射点的移动量影响很小，因此该结构大大提高了压强传感器的灵敏度。
图34(b)为本发明实施例的基于螺旋型波登管的压强传感器。传感器的主体结构和图31(a)的压强传感器相同，区别在于压强不再作用于端部的膜片4上，而是作用在波登管压强传感器上带隔离膜片的加压口163上，将螺旋型波登管162上的某一点固定到第二反射点上，常用的是固定波登管端点附近。再将波登管的底座164通过连接零件160固定到传感器的外壳上。这样波登管受压变形后，端部的挠度发生很大的变化，带动第二反射点发生较大的移动，大大提高了压强传感器的灵敏度。
也可以使用其他类型的波登管的不同位置来带动第二反射点发生移动。也可以是带动第一反射点发生移动。只要能得两个反射点之间的谐振腔长发生变化的结构都属于本发明的保护范围。
本结构也可以采用只有外壳没有内杆的结构。
实施例十一：流速传感器
本实施例以反射为例，透射和正反馈环路同样适用。特点是利用外界带有一定流速的物体推动测量流速的探头173发生移动，通过机械装置转化成谐振腔长的变化，通过谐振腔长的变化程度反映流速的大小。本实施例采用两种机械结构实现对流速的测量。
图35(a)是基于图31的结构进行改进设计出来的第一种流速传感器，第二反射点4一般在端部。特点是利用流速不同，对测量流速的探头173推动力不同，导致柔性导体材料151和152的拉伸或压缩量不同，探杆172会绕着铰171发生转动，端部是一个较175，带动第二反射点4端部的固定连接件176发生移动，从而带动第二反射点4发生移动，改变了两个反射点之间的谐振腔长。一般情况下，第二反射点4、铰171、探杆172、测量流速的探头173和铰175是一个零件，第二反射点4、第二反射点端部的固定连接件176和铰175是一个零件。
探头173可以是多种不同的结构，可以是插入流体中的探头，也可以是沿着流体流动方向放置的、测量过程中对流体流动影响较小的探头。总之，可以被流体驱动发生移动或变形的探头结合使得谐振腔长发生变化的结构，都在本发明的保护范围内。
将探头173换成一个质量块，也可以做成一个加速度传感器，利用质量块在加速度下产生的力牵动腔长发生变化，可以测出加速度的大小。
图35(b)通过液位的变化量可以判断流速的大小的第二种流速传感器，是基于图27(a)的液位计结构进行改进设计出来的第一种流速传感器，流速计内的液面为第二反射点4。特点是利用流速不同，对挡板178的推动程度不同，传感器外壳内液位的高度不同，水管179内流体180的流速越大，液位越高，即第二反射点4越高，从而改变了谐振腔长。通过谐振腔长的变化量可以判断流速的大小。
也可以将液位计改成一个压强传感器，放在水管179的上端或下端，利用不同流速下，挡板改变液体流向产生的液压大小来判断流速。
也可以利用不同流速产生压强差或液位差的原理做成流速计。假设流体从左到右运动，在管内固定挡板等原件，使管内流体冲击到挡板时产生附加压强，从而使得固定在挡板左边的液位计内的液位发生改变，通过液位改变的大小判断流速；也可以利用挡板左边固定压强传感器测出该附加压强，通过附加压强的大小判断流速。即通过压强传感器或液位计，均可实现对流速的测量。至少包括板孔流速计和u型管压差流速计。
实施例十二：折射率传感器
图36是是本发明中测量折射率的传感器。在第一反射点3和第二反射点4之间加入液体或固体或气体等材料，通过测量两个反射点之间放置物体前和放置物体后的等效谐振腔长大小，可以得到液体或固体177的折射率。如果测量的是液体，可以把液体的液面可以作为第一反射点3，第二反射点4也与液体接触并始终没入液体177，在最低液位以下，同图27(d)的结构。两个反射点之间的几何距离不变，当液体的折射率发生变化时，两个反射点之间的等效谐振腔长也会发生变化。等效腔长即几何腔长乘以填充物体的平均折射率。
如果测量的是气体，在第一反射点和第二反射点之间的腔内填充气敏材料，待测气体含量变化时，等效腔长会发生变化，可以提高对待测气体含量的测量精度；
如果测量湿度，在第一反射点和第二反射点之间的腔内填充湿敏材料，湿度变化时，等效腔长会发生变化，可以提高对湿度的测量精度。
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