[發明專利]一種基于多普勒雷達的大型柔性結構的振動監測方法

有效

• 申請號: 201610794731.7
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106323450B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 彭志科;熊玉勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明公開了一種基于多普勒雷達的大型柔性結構的振動監測方法，包括以下步驟：步驟1、將多個雷達均布安裝在大型柔性結構的各個測點上，并將倍頻器件安裝在各個對應的測量參考點上；步驟2、將各個雷達的基帶信號通過有線或者無線的方式傳輸并進行多通道信號采集；步驟3、對各個雷達的基帶信號分別進行信號解調處理，得到振動頻率或位移信息；步驟4、根據各測點的振動頻率或位移信息，得到大型柔性結構的振動頻率或位移分布。本發明基于多普勒效應使用低成本、結構緊湊的微波雷達探測振動位移變化，對大型柔性結構的低頻振動測試靈敏度高，通過采用倍頻器件以及對發射的射頻波頻率進行差異化控制，提高了測試的精確性和抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及振動監測技術領域，具體是一種基于多普勒雷達的大型柔性結構的振動監測方法。

背景技術

隨著社會和科技的發展，大型柔性結構越來越廣泛地應用在生產、生活的各個領域中，例如在航天領域使用的太陽帆板、星載天線等。為了保證大型柔性結構的穩定、可靠運行，長時間的振動監測顯得尤為重要。目前的振動測量技術包括接觸式和非接觸式測量兩種，其中接觸式測量廣泛使用加速度傳感器。加速度傳感器通過測量接觸目標的加速度，積分后獲得所測對象振動的相對位移，但是常用的加速度計存在低頻響應能力差，在特殊環境下無法有效使用等問題，且對于大型柔性結構需要布置很多測點，接觸式測量存在很多局限。非接觸式測量中激光測振儀具有很高的測試精度，但是存在著設備成本高，需要校準以及檢測范圍狹窄等局限性。而基于影像的振動測量對測試條件有較高要求，無法適應大型柔性結構的長時間振動監測。近些年來，基于微波雷達的運動感知引起了很多研究者的關注，通過有效的相位解調算法可還原真實的運動波形，且微波雷達具有結構簡單、成本低廉等優勢，目前已應用在人體步態識別以及生命體征監測等領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多普勒雷達的大型柔性結構的振動監測方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種基于多普勒雷達的大型柔性結構的振動監測方法，包括如下步驟：

步驟1、將多個雷達均布安裝在大型柔性結構的各個測點上，并將倍頻器件安裝在各個對應的測量參考點上；

步驟2、將各個雷達的基帶信號通過有線或者無線的方式傳輸并進行多通道信號采集；

步驟3、對各個雷達的基帶信號分別進行信號解調處理，得到振動頻率或振動位移信息；

步驟4、根據各測點的振動頻率或位移信息，得到大型柔性結構的振動頻率或振動位移分布。

優選地，所述的步驟1中的雷達為連續波微波雷達，雷達的信號源為電壓控制振蕩器，不同雷達發射的射頻波頻率不同，需有10k赫茲以上的差異。

優選地，所述的步驟1中多個雷達在安裝時，需使各個雷達的天線正對相應的測量參考點和倍頻器件，測量參考點相對靜止。

優選地，所述的步驟1中的倍頻器件為無源倍頻電子標簽，正對雷達天線布置在測量參考點上。

優選地，所述的步驟1中的雷達在基帶信號的產生過程中，將一路射頻信號倍頻后與接收到的反射信號進行混頻，取下變頻信號。

優選地，所述的步驟3中的基帶信號解調處理可根據實際測試需求使用反正切解調或其他相位解調算法得到振動頻率或位移信息。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

基于多普勒效應使用微波雷達探測振動位移變化，對低頻振動測試靈敏高。均布安裝在各個測點的微波雷達結構緊湊、重量輕、成本低，便于大型柔性結構振動監測的系統集成；通過采用倍頻器件以及對不同雷達發射的射頻波頻率進行差異化控制，有效隔離了測試環境背景噪聲和不同雷達間引起的反射信號的干擾，提高了測試的精確性和抗干擾能力；基于多普勒雷達的振動監測對測試環境適應性高，可進行長時間的結構振動監測。

附圖說明