CN207600488U - 一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器，所述腔长测量装置包括：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。

Description

一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器

技术领域

本实用新型涉及测量技术，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。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供出了一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型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的秩等于2，其中，所述第一支档斜面的法向量为(l₁,n₁)^T，所述第二支档斜面的法向量为(l₂,n₂)^T，所述两个支档斜面相对于水平面的倾角θ₁和θ₂在-90°到90°之间；

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：

本实用新型实施例中，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的秩等于3，其中，所述第三支档斜面的法向量为(l₃,n₃)^T，所述三个支档斜面相对于水平面的倾角θ₁、θ₂和θ₃在-90°到90°之间；

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：

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

本实用新型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。

本实用新型实施例中，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。

通过本实用新型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。本实用新型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。采用本实用新型实施例的技术方案，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为本实用新型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为本实用新型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)为本实用新型实施例的反射式腔长测量装置的结构示意图；

图8(b)为本实用新型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为本实用新型实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图一；

图10为本实用新型实施例的第一种透射式腔长测量装置的示意图二；

图11为本实用新型实施例的第二种透射式腔长测量装置的示意图一；

图12为本实用新型实施例的第二种透射式腔长测量装置的示意图二；

图13为本实用新型实施例的反射式位移计的示意图一；

图14为本实用新型实施例的第二种透射式位移计的示意图一；

图15为本实用新型实施例的反射式位移计的示意图二；

图16为本实用新型实施例的第二种透射式位移计的示意图二；

图17为本实用新型实施例的反射式单向滑移计的示意图；

图18为本实用新型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)的单向滑移计的示意图；

图19为三个支档斜面的示意图；

图20为本实用新型实施例的反射式的第一种角度计的示意图；

图21为本实用新型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)的第一种角度计的示意图；

图22为本实用新型实施例的反射式的第二种角度计的示意图；

图23为本实用新型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)的第二种角度计的示意图；

图24为本实用新型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)的第二种角度计的示意图；

图25为本实用新型实施例的反射式的应变计的示意图；

图26为本实用新型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)的应变计的示意图；

图27为本实用新型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)的应变计的示意图；

图28为本实用新型实施例的反射式的测力计的示意图；

图29为本实用新型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)的测力计的示意图；

图30为本实用新型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)的测力计的示意图；

图31为本实用新型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32为本实用新型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33为本实用新型实施例的锚索应力计的结构示意图；

图34为本实用新型实施例的S型测力计的结构示意图；

图35(a)为本实用新型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一；

图35(b)为本实用新型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二；

图36为本实用新型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37为本实用新型实施例的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的示意图；

图38为本实用新型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39为本实用新型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)的通过斜面对位移进行折减的位移计的示意图；

图40为本实用新型实施例的反射式的液位计的示意图；

图41为本实用新型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42为本实用新型实施例的一种特殊的液位计的示意图；

图43为本实用新型实施例的另一种特殊的液位计的示意图；

图44为本实用新型实施例的反射式的压强传感器的示意图；

图45为本实用新型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)的压强传感器的示意图。

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***，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***，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***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-应变计左端外壳；62-应变计右端外壳；63- 应变计左端外壳的固定点，例如混凝土应变计，63就是左端外壳61上的圆片，与左端外壳61完全固定；64-应变计左端外壳的固定点；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计；86-同轴电缆位移计或应变计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计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的托架；131-固定膜片132的圆筒；132-受压变形的膜片。

具体实施方式

本实用新型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，通过本实用新型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。本实用新型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。

本实用新型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。本实用新型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。本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型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。

在本实用新型实施例中，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。

在本实用新型实施例中，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实用新型实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本实用新型实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本实用新型实施例。

图1为本实用新型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，ε_r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***损耗为零。

图3为本实用新型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(a)和(b)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实用新型实施例的微波谐振腔的腔长测量装置进行详细描述，本实用新型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。在本实用新型的全部实施例中：

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。在实用新型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。

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***，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)为本实用新型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为本实用新型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。

图10为本实用新型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为本实用新型实施例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。

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为本实用新型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)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为本实用新型实施例的反射式位移计的示意图一，如图13所示，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14为本实用新型实施例的第二种透射式位移计的示意图一，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，如图14所示。解调***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***，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***14进行分析。

2)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15为本实用新型实施例的反射式位移计的示意图二，如图15所示，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16为为本实用新型实施例的第二种透射式位移计的示意图二，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，如图16所示。解调***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上和计频器12上所构成的解调***，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***14进行分析。

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17中滑移计结构，两个斜面的法向量构成的二阶矩阵的秩等于2，即或的行列式不为零。其中(l₁,n₁)^T是第一支档斜面的法向量，(l₂,n₂)^T是第二支档斜面的法向量。两个斜面相对于水平面的倾斜角度在-90°到90°之间。所述斜面37包括两个斜面，分别是倾角为θ₁的第一支档斜面、倾角为θ₂的第二支档斜面，两个通过斜孔的位移计的探杆分别垂直顶在第一支档斜面和第二支档斜面上；

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17为本实用新型实施例的反射式单向滑移计的示意图，图18为本实用新型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)的单向滑移计的示意图。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19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：行列式不等于0，即或的秩等于3，其中，(l₁,m₁,n₁)^T、(l₂,m₂,n₂)^T、(l₃,m₃,n₃)^T分别为第一支档斜面、第二支档斜面和第三支档斜面的法向量。三个斜面相对于水平面的倾斜角度在-90°到90°之间。

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20为本实用新型实施例的反射式的第一种角度计的示意图，图21为本实用新型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)的第一种角度计的示意图。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22为本实用新型实施例的反射式的第二种角度计的示意图，图23为本实用新型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)的第二种角度计的示意图，图24为本实用新型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25为本实用新型实施例的反射式的应变计的示意图，图26为本实用新型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)的应变计的示意图，图27为本实用新型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)的应变计的示意图。

具体地，应变计是通过第一反射点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，本实用新型实施例提出无阻力或者微小阻力的应变计结构。应变计主要包括：第一反射点3，第二反射点4，密封装置15，应变计左端外壳61，应变计右端外壳62，应变计左端外壳的固定点63(例如混凝土应变计，63就是左端外壳61上的圆片，与左端外壳61 完全固定。如果是钢筋应变计，63和64就是应变计在钢筋上的两个固定点)，应变计左端外壳的固定点64。本实用新型实施例的应变计具有以下两种结构：

第一种结构，内杆2是一个嵌套杆，左右外壳或左右内杆均可以采用图7 中的连接方式。最终，左边的第一反射点3、左边的外壳61、左边的固定圆片 63以及左边的内杆固定成一个整体，右边的第二反射点4、右边的外壳62、右边的固定圆片64以及右边的内杆固定成一个整体，当应变发生变化时，左端和右端外壳发生相对移动，内杆的左端和右端发生相对移动，第一反射点和第二反射点自然也发生相对移动。在左右两端的外壳、圆片和内杆发生相对移动时，两个外壳零件始终还是一个连续导体，两个内杆零件也始终还是一个连续导体。

第二种结构，内杆2是一根杆，第一反射点3与第二反射点4均与内杆2 不固定。左边的第一反射点3、左边的外壳61以及左边的固定圆片63固定成一个整体，右边的第二反射点4、右边的外壳62以及右边的固定圆片64固定成一个整体，当应变发生变化时，左端和右端的外壳和圆片都发生相对移动，从而第一反射点和第二反射点自然也发生相对移动，但是由于两个反射点与内杆没有固定，所以内杆不发生变形，也不会对两个反射点的相对移动产生任何影响。最终测出两个反射点之间的距离即可反映应变。

实施例六：测力传感器(也即测力计)

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。测力计和应变计的最大区别，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28为本实用新型实施例的反射式的测力计的示意图，图29为本实用新型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)的测力计的示意图，图30为本实用新型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)的测力计的示意图。

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31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32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33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计等角度分布在圆环形测力计的弹性体88内部，每个应变计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计的腔长。

图34中的测力计是S型测力的结构示意图计，与图32的测力计原理相同，只是图34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35(a)和图35(b)是基于材料应变和弹簧变形的测力计结构示意图。图35(a)的传感器是基于小变形的，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。图 35(b)的传感器是基于大变形的，外壳1和内杆2都是分段的，左边的第一反射点与左边的杆和管固定，右边的反射点与右边的杆和管固定，使两个反射点之间的距离发生变化几乎是无阻力的。此时，要利用外壳外面的弹簧96来做为变形的载体。在轴线方向，弹簧的第一个固定点与左边的第一反射点3重合，弹簧的第二个固定点与右边的第二反射点4重合。弹簧的弹性系数是k，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＝kΔL。

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36为本实用新型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37为本实用新型实施例的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的示意图。

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38为本实用新型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39为本实用新型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)的通过斜面对位移进行折减的位移计的示意图。

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40为本实用新型实施例的反射式的液位计的示意图，图41为本实用新型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42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。

具体地，液位计与位移计的原理相同，区别在于液位仪的第一反射点或第二反射点是随着液面的变化发生相应的移动的。图40、41和42采用第二反射点4始终漂浮在液面上，第二反射点4的移动量就是液位的变化量。特殊情况下，液面可以当做第二反射点4。图43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。

图40中的液位计，即第一种测量液位的方法，是第一反射点在最高液面以上，也就是无论在什么液位，第二反射点都在液体上方。这时液位改变时位置发生变化的第二反射点既可以是液面本身，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。特殊情况下，如图42所示，外壳是一根和内杆平行的杆，两根杆***液体，液体表面作为反射点，即可测量液位。

图43中的液位计，即第二种测量液位的方法，是第二反射点在最低液面以下，也就是无论在什么液位，第二个反射面都在液体内部。这时液位改变时位置发生变化的第一反射点既可以是液面本身，也可以是液面上漂浮的物体，该漂浮物随着液面上下浮动。第一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。

实施例九：压强传感器

压强传感器包括位移传感器，其中，所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移表征压强。

图44为本实用新型实施例的反射式的压强传感器的示意图，图45为本实用新型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)的压强传感器的示意图。

具体地，压强传感器是基于位移计的原理，只是通过测量膜片132在受压发生变形以后中点的挠度来反映压强的大小的。图44和45中，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：采用实施例二中的同轴电缆位移计结构，固定在膜片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，区别就是这个探杆的端部与膜片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。

本实用新型实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (33)

1.一种微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，所述腔长测量装置包括：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。

2.根据权利要求1所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

4.根据权利要求3所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

7.根据权利要求1至6任一项所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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、或导电陶瓷等。

8.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

9.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

10.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

11.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

12.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

13.根据权利要求7所述的微波谐振腔的腔长测量装置，其特征在于，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。

14.一种位移传感器，其特征在于，所述位移传感器包括权利要求1至13任一项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。

15.根据权利要求14所述的位移传感器，其特征在于，在所述位移传感器中，

射频同轴电缆转接头与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。

16.根据权利要求15所述的位移传感器，其特征在于，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。

17.根据权利要求15所述的位移传感器，其特征在于，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。

18.根据权利要求15所述的位移传感器，其特征在于，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。

19.根据权利要求15所述的位移传感器，其特征在于，

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。

20.根据权利要求14所述的位移传感器，其特征在于，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。

21.一种滑移传感器，其特征在于，所述滑移传感器包括两个权利要求14所述的位移传感器，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；所述两个支档斜面相对于水平面的倾角θ₁和θ₂在-90°到90°之间。

22.根据权利要求21所述的滑移传感器，其特征在于，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；所述三个支档斜面相对于水平面的倾角θ₁、θ₂和θ₃在-90°到90°之间。

23.一种角度传感器，其特征在于，所述角度传感器包括权利要求14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。

24.一种角度传感器，其特征在于，所述角度传感器包括权利要求14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。

25.一种应变传感器，其特征在于，所述应变传感器包括权利要求14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。

26.根据权利要求25所述的应变传感器，其特征在于，在所述应变传感器中，

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。

27.一种测力传感器，其特征在于，所述测力传感器包括权利要求14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。

28.根据权利要求27所述的测力传感器，其特征在于，

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。

29.根据权利要求28所述的测力传感器，其特征在于，

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，根据弹簧的伸长量和弹性系数能够得到力的大小。

30.一种液位传感器，其特征在于，所述液位传感器包括权利要求14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。

31.根据权利要求30所述的液位传感器，其特征在于，

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。

32.一种压强传感器，其特征在于，所述压强传感器包括权利要求14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。

33.根据权利要求32所述的压强传感器，其特征在于，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。