微波特点及其测湿原理
微波是电磁波中介于普通无线电波的短波与红外线之问的波段，通常把波长为1m～1111In，即频率为300MHZ~300GHz问的波段称为微波，波长从lmm~0．Olmm的亚毫米波段则是微波与红外的过渡波段。微波本质上是问和空间变化的呈波动状态的电磁波。微波波段区别于其他波段的主要特点是其波长可同电路或元件的尺寸相比拟，因此微波在电路内甚至元件内的传播时间(相位滞后)不再是微不足道的，集总参数的概念不再有效Il"。在较低频率的电路中往往可以区分出电路的某一部分是电容(即电场集中的地方)，另一部分是电感(磁场集中的地方)或电阻(损耗集中的地方)，而连接它们的导线则没有电感和电容，也没有电阻，这就构成集总参数电路。但到了微波波段，元件中的电场和磁场已经构成一个整体即交变的电磁场，一般的无线电元件如电阻、电容、电感等由于辐射效应和趋肤效应都不能使用，必须用微波元件来代替，包括传输线、波导、谐振腔等。
另外，电磁波是以光速传播，从电路的一端传到另一端，要产生"延时效应"，在微波系统中，延时与周期可以比拟，在同一时间，处于微波器件不同的几何位置处，电磁波的相位也不相同，使得电磁场的能量分布于整个微波电路之中，形成所谓的"分布参数"。因此集总参数的方法失效，代之而起的是分布参数和场的概念。在微波域中，以麦克斯韦方程为基础的宏观电磁理论得到了充分的应用。可见，微波域采用的是特的元件、技术和研究方法。
微波检测技术是在微波电子学和微波测量技术等基础上发展起来的一门新技术，属于低功率微波能的应用范畴口31。它研究的内容包括微波检测方法和装置的基本原理、结构和类型，它将微波作为信息传递的媒介，根据被测物料对微波有反射、透射、散射、谐振和
多h勒效应等物理特性，将待测物的非电量(物理性能及技术工艺参数等)转换成微波电参量的变化来进行测量，以实现对种材料、构件和产品进行非破坏性检测和故障诊断。由于微波的穿透力很good，可以通过空间辐射的方式穿过介质的内部，测量过程中传感器可
以不与被测物质接触，适合于在线无损检测。
微波与其它检测技术相比，还具有以下一系列特点:
①有宽的频谱可供选用，可根据被测对象的特点来选择不同的测量频率；
②微波具有良好的定向辐射特性，在种障碍物上能产生良好的反射；
③微波的传输特性良好，传输中受烟、尘、火焰、温度、化学气氛等的影响小；
④测量信号本身就是电信号，无需进行非电量的转换，响应速度快；
⑤介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收很大，这也是微波测量水分的物理基础。
在外加电场作用下，能建立起化的物质称为电介质。当把电介质放入电场中后，电场的作用使电子与原子核之问发生微小的相对位移，这就是电介质的化。电介质特性是物质的内在特性，它描述波与物质之问的相互作用。当微波通过电介质物质后，在比热、比重和形状大致相同的条件下，电介质物质对微波的吸收、穿透和反射性能主要决定于其介电常数。应用这一特性可用于非电量的连续、无损测量，如湿度与密度测量等。
水具有很good的化特性，水分子在外电场的作用下，会被化成偶子，并沿电场方向取向，外电场改变，则偶子重新排列，并吸收电能以克服内力，此时电场能量被消耗。微波是频率高的电磁波，在微波作用下，水偶子频繁换向消耗大量电能。当波长
为1厘米时，这种损耗很大。含水物质在微波场中化损耗的特性，可通过其在微波场中的复合介电常数来表征，测得其复合介电常数，便能『日J接测得该物质中含水量的多少。
其中F7代表介质的储能特性，反映了在电场中被化的能力，而∥是由弛豫损耗造成的，常以热量的形式散发。介电常数中97和∥的大小与电场的频率有关。例如，在频率为lOG}k时，水的F匀54，一般材料s，<10；水的损耗因子占，'=40，而一般材料s≮l。这个
显著差别表示：当微波通过含水物质时，由水分引起的微波能量的损耗远远大于其它干物质引起的损耗，物质中的含水量将显著的影响其介电常数，因此测量通过物质的微波的功率衰减、相位变化、谐振频率等与介电常数相关的物理量，就可测量物质的含水率【16】
而且，微波所检测的不仅仅是物质表层的水分，还可检测物质内部的水分含量，测量结果有代表性。微波对低耗介质材料有较深的穿透能力，也能穿透对声衰减很大的非金属材料，因而适用于检测玻璃、原油、粮食、纸张、纤维织物等多种物料；所用的功率电
平很低，对待测物料没有影响，安且防尘。总的来说，利用微波进行水分测量的优点是操作简单，测量精度高，测量范围广，可以实现在线连续测量，而且在测量中不易受到物质的颜色、结构等的影响，可靠性好，抗干扰能力good，因此有着其广阔的应用前景。