[發明專利]一種基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法

有效

• 申請號: 201610794768.X
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106644030B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 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: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 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非接觸式振動測量方法，包括以下步驟：S1、正對被測振動對象發射連續波形式的單頻微波，并接收被振動運動調制后的雷達回波；S2、對回波信號進行放大、濾波、正交混頻并取下變頻信號得到兩路基帶信號I(t)和Q(t)；S3、對基帶信號進行數據采集，以獲取離散數字信號；S4、對所述離散基帶信號I[n]和Q[n]進行相位解調處理，提取出振動振幅與頻率信息。本發明基于多普勒效應使用微波雷達進行非接觸式振動測量，具有良好的低頻測量靈敏性，環境適應性強并可在包含障礙物的情況下進行準確的振動測量。本發明使用的微波雷達結構緊湊、成本低廉并具有較低的功耗，為大規模的振動測量系統的集成亦提供了一種解決方案。

技術領域

本發明涉及振動測量與分析技術領域，具體是一種基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法。

背景技術

振動是自然界里普遍存在的一種物理現象，振動測量在眾多工程技術領域均有著廣泛的應用，例如各種機械系統的狀態監測與故障診斷、大型柔性結構的低頻振動監測以及振動噪聲的測試與抑制等。為了滿足各種振動測量需求，人們已研制出各式傳感器，并發展了多種振動測量技術。目前的振動測量方法可分為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，在失重等特殊環境下無法有效使用等問題，且接觸式測量在一些特殊的應用場合下往往存在很多局限。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，且對測試環境條件要求比較高，無法適應復雜環境下的振動監測。

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，雷達測速與測距已經應用到實際的生產與生活中。振動本質上是一種小幅往復運動，基于多普勒效應，振動將對雷達發射波進行相位調制，通過接收雷達回波并進行有效的相位解調，可提取出振動的振幅以及頻率信息。由于微波雷達具有結構簡單、成本低廉、以及能夠透過障礙物進行振動測量等優勢，具有良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多普勒雷達的非接觸式振動測量方法。

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非接觸式振動測量方法，包括如下步驟：

S1、正對被測振動對象發射連續波形式的單頻微波，并接收被振動運動調制后的雷達回波；

S2、對回波信號進行放大、濾波、正交混頻并取下變頻信號得到兩路基帶信號I(t)和Q(t)；

S3、對基帶信號進行數據采集，以獲取離散數字信號I[n]和Q[n]；

S4、對所獲取的離散基帶信號I[n]和Q[n]進行相位解調處理，提取出振動振幅與頻率信息。

優選地，所述被測振動對象表面粘附無源二倍頻射頻標簽。

優選地，步驟S1所述的單頻微波的頻率范圍為2G-24GHz，可根據測量靈敏度需求和被測對象振動幅值大小來選擇確定。

優選地，步驟S2所述的對回波信號進行正交混頻時，若被測振動對象表面粘附有無源二倍頻射頻標簽，需在正交混頻前利用倍頻器將用于混頻的信號源分支信號的頻率翻倍。

優選地，步驟S2所述的兩路基帶信號I(t)和Q(t)可分別表示為：

式中：I(t)表示通道I基帶輸出信號，Q(t)表示通道Q基帶輸出信號，DC_I表示通道I基帶輸出信號的直流偏移值，DC_Q表示通道Q基帶輸出信號的直流偏移值，A表示基帶信號的幅值，λ表示雷達發射的載波波長，S(t)表示被測振動對象的實時振動位移，θ表示由傳播路徑和物體表面的反射引起的常量相移，表示雷達的剩余相位噪聲。