專利名稱：通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量物體機(jī)械振動(dòng)的方法和裝置，特別是涉及一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法和裝置。
背景技術(shù)：
微波通常被定義為頻率為300MHz 3GHz的電磁波，波長(zhǎng)在1米到1毫米之間， 比紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，具有更好的穿透性，此外，微波信號(hào)可以提供相位信息，通過(guò)發(fā)射連續(xù)的微波信號(hào)到被探測(cè)物體，返回的信號(hào)相位被調(diào)制而具有被探測(cè)物體振動(dòng)的信息，解調(diào)出該返回信號(hào)就可以獲得所要探測(cè)的振動(dòng)信息。物體的機(jī)械振動(dòng)測(cè)量在設(shè)備維護(hù)、材料探傷、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用意義。目前的測(cè)量方法有接觸式探測(cè)技術(shù)，通過(guò)傳感器、電極來(lái)獲取探測(cè)信息，從而分析得到物體的機(jī)械振動(dòng)，這種方法技術(shù)成熟、測(cè)量精度高，但是這種方法要求與被探測(cè)物體有直接或者間接的接觸，從而限制了其應(yīng)用范圍。因此，非接觸式振動(dòng)測(cè)量在一些特殊環(huán)境下具有十分重要的應(yīng)用意義。目前的非接觸式探測(cè)技術(shù)主要是利用激光干涉原理和多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，激光對(duì)天氣和氣候的依賴性很大，而微波穿透性更好，受天氣和氣候影響小，可以彌補(bǔ)利用激光實(shí)現(xiàn)的非接觸式探測(cè)技術(shù)的不足，提高非接觸式探測(cè)技術(shù)的適用性。在利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非接觸式振動(dòng)測(cè)量的探測(cè)系統(tǒng)中，普遍存在著測(cè)量零點(diǎn)的問(wèn)題。常用的直接下變頻接收機(jī)方案還需要解決本振泄漏和直流偏差的問(wèn)題，而正交解調(diào)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且只能在一定程度上改善測(cè)量零點(diǎn)的問(wèn)題，無(wú)法保證系統(tǒng)處于測(cè)量最佳點(diǎn)上，這就影響了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法和裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一、一種通過(guò)相位控制解決非接觸式振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法，該方法的步驟如下由本地振蕩器產(chǎn)生頻率值為的參考信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，該參考信號(hào)分為三路第一路參考信號(hào)發(fā)送到頻率合成器，產(chǎn)生頻率值為f2的微波發(fā)射信號(hào)，該微波發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后成為大功率微波發(fā)射信號(hào)，并由發(fā)射天線發(fā)射到所要探測(cè)的振動(dòng)物體，該大功率微波發(fā)射信號(hào)被所要探測(cè)的振動(dòng)物體反射回來(lái)后由接收天線接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)接收濾波器濾波后成為預(yù)濾波的微波接收信號(hào)，再發(fā)送到下變頻器；第二路參考信號(hào)發(fā)送到頻率合成器，產(chǎn)生頻率值為f2_f\的下變頻微波信號(hào)，并發(fā)送到下變頻器，該下變頻微波信號(hào)和預(yù)濾波的微波接收信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻器變換后的信號(hào)發(fā)送到帶通濾波器，產(chǎn)生待解調(diào)的微波信號(hào)，并發(fā)送到解調(diào)器；
第三路參考信號(hào)先發(fā)送到可調(diào)移相器，產(chǎn)生一個(gè)移相后的參考信號(hào)，再發(fā)送到解調(diào)器，該移相后的參考信號(hào)和待解調(diào)的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)器解調(diào)后成為基帶信號(hào)，再發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，從而得到所要探測(cè)的振動(dòng)物體的振動(dòng)信息。所述的數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)后，發(fā)送到可調(diào)移相器，從而實(shí)現(xiàn)相位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。二、一種通過(guò)相位控制解決非接觸式振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的裝置本發(fā)明包括本地振蕩器、頻率合成器、功率放大器、發(fā)射天線、接收天線、接收濾波器、下變頻器、頻率合成器、帶通濾波器、解調(diào)器、數(shù)字信號(hào)處理器；本地振蕩器的輸出端分別與頻率合成器的輸入端、頻率合成器的輸入端和解調(diào)器的輸入端連接，頻率合成器的輸出端和功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端和發(fā)射天線的輸入端連接，接收天線的輸出端和接收濾波器的輸入端連接，接收濾波器的輸出端和下變頻器的一個(gè)輸入端連接，頻率合成器的輸出端和下變頻器的另一個(gè)輸入端連接，下變頻器的輸出端和帶通濾波器的輸入端連接，帶通濾波器的輸出端和解調(diào)器的另一個(gè)輸入端連接，解調(diào)器的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器的輸入端連接。電源電路為各個(gè)部分供電；所述的本地振蕩器和解調(diào)器之間接有可調(diào)移相器。所述的數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端與可調(diào)移相器的輸入端連接。所述的數(shù)字信號(hào)處理器為計(jì)算機(jī)、基于微處理器的嵌入式處理系統(tǒng)、基于DSP的嵌入式處理系統(tǒng)或者基于FPGA的嵌入式處理系統(tǒng)。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明利用微波進(jìn)行物體機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量不僅可以在保證測(cè)量靈敏度的情況下穿透更大尺寸的非金屬障礙物，對(duì)天氣和氣候的依賴性更小，而且可以采用簡(jiǎn)單的小尺寸器件來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)；采用的超外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)可以有效的避免本振泄漏和直流偏差問(wèn)題；采用的相位控制不僅可以有效的解決測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，而且結(jié)構(gòu)比正交解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過(guò)本發(fā)明方法可以有效地實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)物體機(jī)械振動(dòng)的非接觸式測(cè)量。


附圖是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。附圖中1、本地振蕩器，2、頻率合成器，3、功率放大器，4、發(fā)射天線，5、接收天線， 6、接收濾波器，7、下變頻器，8、頻率合成器，9、帶通濾波器，10、可調(diào)移相器，11、解調(diào)器，12、 數(shù)字信號(hào)處理器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明應(yīng)用微波多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非接觸式的振動(dòng)測(cè)量。圖1示出了一種用于實(shí)施本發(fā)明測(cè)量方法的裝置，它包括本地振蕩器1、頻率合成器2、功率放大器3、發(fā)射天線4、接收天線5、接收濾波器6、下變頻器7、頻率合成器8、帶通濾波器9、可調(diào)移相器10、解調(diào)器 11、數(shù)字信號(hào)處理器12 ；本地振蕩器1的輸出端分別和頻率合成器2的輸入端、頻率合成器 8的輸入端、可調(diào)移相器10的輸入端連接，頻率合成器2的輸出端和功率放大器3的輸入端連接，功率放大器3的輸出端和發(fā)射天線4的輸入端連接，接收天線5的輸出端和接收濾波器6的輸入端連接，接收濾波器6的輸出端和下變頻器7的一個(gè)輸入端連接，頻率合成器8 的輸出端和下變頻器7的另一個(gè)輸入端連接，下變頻器7的輸出端和帶通濾波器9的輸入端連接，帶通濾波器9的輸出端和解調(diào)器11的一個(gè)輸入端連接，可調(diào)移相器10的輸出端和解調(diào)器11的另一個(gè)輸入端連接，解調(diào)器11的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器12的輸入端連接。 電源電路為各個(gè)部分供電。本發(fā)明可調(diào)移相器可采用Mini-Circuits公司的ELS-210，這是一款工作頻率范圍為80MHz 210MHz的壓控移相器，相位移動(dòng)范圍為0° 360°。所述的數(shù)字信號(hào)處理器12為計(jì)算機(jī)、基于微處理器的嵌入式處理系統(tǒng)、基于DSP 的嵌入式處理系統(tǒng)或者基于FPGA的嵌入式處理系統(tǒng)。利用圖1所示的裝置進(jìn)行相位控制解決非接觸式振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法的具體步驟如下由本地振蕩器1產(chǎn)生頻率值為的參考信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，該參考信號(hào)分為三路第一路參考信號(hào)發(fā)送到頻率合成器2，產(chǎn)生頻率值為f2的微波發(fā)射信號(hào)，該微波發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器3放大后成為大功率微波發(fā)射信號(hào)，并由發(fā)射天線4發(fā)射到所要探測(cè)的振動(dòng)物體，該大功率微波發(fā)射信號(hào)即為探測(cè)信號(hào)，設(shè)探測(cè)信號(hào)為T(t)= (30Μ2π ^+Φα))，其中，Φα)為探測(cè)信號(hào)發(fā)射時(shí)的相位噪聲，所要探測(cè)的振動(dòng)物體與發(fā)射天線4和接收天線5的距離均為Cltl，所要探測(cè)的振動(dòng)物體的振動(dòng)表示為X (t)，該大功率微波發(fā)射信號(hào)被所要探測(cè)的振動(dòng)物體反射回來(lái)后由接收天線5接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)接收濾波器6 濾波后成為預(yù)濾波的微波接收信號(hào)，再發(fā)送到下變頻器7，根據(jù)微波多普勒效應(yīng)，該預(yù)濾波
的微波接收信號(hào)可以表示為
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法，該方法的步驟如下由本地振蕩器(1)產(chǎn)生頻率值為的參考信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，該參考信號(hào)分為三路第一路參考信號(hào)發(fā)送到頻率合成器O)，產(chǎn)生頻率值為f2的微波發(fā)射信號(hào)，該微波發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器(3)放大后成為大功率微波發(fā)射信號(hào)，并由發(fā)射天線(4)發(fā)射到所要探測(cè)的振動(dòng)物體，該大功率微波發(fā)射信號(hào)被所要探測(cè)的振動(dòng)物體反射回來(lái)后由接收天線 (5)接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)接收濾波器(6)濾波后成為預(yù)濾波的微波接收信號(hào)，再發(fā)送到下變頻器 (7)；第二路參考信號(hào)發(fā)送到頻率合成器(8)，產(chǎn)生頻率值為f2_f\的下變頻微波信號(hào)，并發(fā)送到下變頻器(7)，該下變頻微波信號(hào)和預(yù)濾波的微波接收信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻器(7)變換后的信號(hào)發(fā)送到帶通濾波器(9)，產(chǎn)生待解調(diào)的微波信號(hào)，并發(fā)送到解調(diào)器(11)；第三路參考信號(hào)發(fā)送到解調(diào)器(11)，經(jīng)過(guò)解調(diào)器(11)解調(diào)后成為基帶信號(hào)，再發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器(1 進(jìn)行處理；其特征在于所述的第三路參考信號(hào)先發(fā)送到可調(diào)移相器(10)，產(chǎn)生一個(gè)移相后的參考信號(hào)，再發(fā)送到解調(diào)器(11)，該移相后的參考信號(hào)和待解調(diào)的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)器(11)解調(diào)后成為基帶信號(hào)，再發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器(1 進(jìn)行處理，從而得到所要探測(cè)的振動(dòng)物體的振動(dòng) fn息ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法，其特征在于所述的數(shù)字信號(hào)處理器(1 產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)后，發(fā)送到可調(diào)移相器(10)，從而實(shí)現(xiàn)相位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
3.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的裝置，包括本地振蕩器(1)、頻率合成器O)、功率放大器(3)、發(fā)射天線0)、接收天線(5)、接收濾波器(6)、下變頻器(7)、頻率合成器(8)、帶通濾波器(9)、解調(diào)器(11)、數(shù)字信號(hào)處理器(1 ；本地振蕩器(1)的輸出端分別與頻率合成器O)的輸入端、頻率合成器(8)的輸入端和解調(diào)器(11)的輸入端連接，頻率合成器O)的輸出端和功率放大器(3)的輸入端連接，功率放大器C3)的輸出端和發(fā)射天線(4)的輸入端連接，接收天線(5)的輸出端和接收濾波器(6)的輸入端連接，接收濾波器(6)的輸出端和下變頻器(7)的一個(gè)輸入端連接，頻率合成器(8)的輸出端和下變頻器(7)的另一個(gè)輸入端連接，下變頻器(7)的輸出端和帶通濾波器(9)的輸入端連接，帶通濾波器(9)的輸出端和解調(diào)器(11)的另一個(gè)輸入端連接，解調(diào)器(11)的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器(1 的輸入端連接。電源電路為各個(gè)部分供電；其特征在于所述的本地振蕩器(1)和解調(diào)器(11)之間接有可調(diào)移相器(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號(hào)處理器(1 的輸出端與可調(diào)移相器(10)的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號(hào)處理器(12)為計(jì)算機(jī)、基于微處理器的嵌入式處理系統(tǒng)、基于 DSP的嵌入式處理系統(tǒng)或者基于FPGA的嵌入式處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種通過(guò)相位控制解決非接觸振動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題的方法和裝置。由本地振蕩器產(chǎn)生的參考信號(hào)作為整個(gè)系統(tǒng)的同步時(shí)鐘，該參考信號(hào)分為三路第一路參考信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率合成器，功率放大器后由發(fā)射天線發(fā)射到所要探測(cè)的振動(dòng)物體，被反射回來(lái)的信號(hào)由接收天線接收，經(jīng)過(guò)接收濾波器后發(fā)送到下變頻器；第二路參考信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率合成器后發(fā)送到下變頻器，下變頻器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波后發(fā)送到解調(diào)器；第三路參考信號(hào)經(jīng)過(guò)可調(diào)移相器后發(fā)送到解調(diào)器，解調(diào)器輸出的基帶信號(hào)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器處理得到所要探測(cè)的振動(dòng)物體的振動(dòng)信息。本發(fā)明采用的相位控制不僅可以有效的解決測(cè)量零點(diǎn)問(wèn)題，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，而且結(jié)構(gòu)比正交解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01H9/00GK102331290SQ20111013060
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者冉立新, 潘文森, 皇甫江濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)