[發明專利]一種基于微波信號的遠距離微小位移探測方法

有效

• 申請號: 201810813723.1
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108981623B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 吳周祎;皇甫江濤;谷之韜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于微波信號的遠距離位移探測方法，其特征在于：方法采用具備微波發射功能的微波發射器(1)、具備遮擋微波功能的金屬圓形屏障(2)和具備測量微波強度和位置變化功能的微波信號接收裝置(3)；微波發射器(1)安裝在測量目標物體(4)上，微波發射器(1)和微波信號接收裝置(3)分別布置在金屬圓形屏障(2)的兩側，微波發射器(1)發出微波信號繞過金屬圓形屏障(2)后由微波信號接收裝置(3)進行微波探測，根據探測到的微波信號計算測量目標物體(4)的位移或振動；

金屬圓形屏障(2)的直徑為200mm；

所述的微波信號接收裝置(3)包括第一接收天線(301)、第二接收天線(302)、第三接收天線(303)和接收探測電路(304)；第一接收天線(301)、第二接收天線(302)和第三接收天線(303)沿直線等距間隔平行排列，三根天線均連接到接收探測電路(304)；第二接收天線(302)正對金屬圓形屏障(2)的中心點(201)放置，且第二接收天線(302)中心和金屬圓形屏障(2)的中心點(201)的連線垂直于金屬圓形屏障(2)表面；第二接收天線(302)放置于微波發射器(1)發出的微波信號繞過金屬圓形屏障(2)后發生衍射所形成確定的阿拉戈點處；

所述的第一接收天線(301)、第二接收天線(302)和第三接收天線(303)同時接收微波信號，比較三個接收信號的幅度和相位差異得到測量目標物體(4)小于微波波長尺度的微小位移；

利用信號幅度計算遠距離微波源位置變化的方法為比較當前時刻微波信號頻點第一接收天線、第二接收天線、第三接收天線的信號幅度和前一測量時刻信號幅度的差值；如果第一接收天線信號增強，第二接收天線和第三接收天線信號減弱，則微波信號源向第三接收天線一側有微小移動；如果第三接收天線信號增強，第一接收天線和第二接收天線信號減弱，則微波信號源向第一接收天線一側有微小移動；移動的距離和信號幅度變化通過以下公式得到：

其中，為第一接收天線測量到的電壓幅度，ΔL為相鄰接收天線之間的間距，Δz為微波發射器1位移的距離，h表示金屬圓形屏障的直徑，k為測量目標物體與金屬圓形屏障的距離，Δ表示微波從微波發射器到接收天線，分別經過金屬圓形屏障兩側的傳播路徑的路程差，λ是微波波長，為測量參考點處非相干信號的電壓幅度；測量參考點位于金屬圓形屏障后，垂直于金屬圓形屏障中心，與中心距離為2.405h/λ；

利用信號相位計算遠距離微波源位置變化的方法為比較當前時刻微波信號頻點第一接收天線、第二接收天線、第三接收天線的信號相位和前一測量時刻信號相位的差值；如果第一接收天線信號相位減少，第二接收天線和第三接收天線信號相位增加，則微波信號源向第一接收天線一側有微小移動；如果第三接收天線信號相位減少，第一接收天線和第二接收天線信號相位增加，則微波信號源向第三接收天線一側有微小移動；移動的距離和信號相位變化通過以下公式得到：

其中，Δφ是第一接收天線的信號相位與前一測量時刻信號相位的差值。

2.根據權利要求1所述的一種基于微波信號的遠距離位移探測方法，其特征在于：所述的第一接收天線(301)、第二接收天線(302)、第三接收天線(303)同時接收微波信號，比較三個接收信號的幅度、相位和頻率得到測量目標物體(4)小于微波波長尺度的微小振動的幅度和頻率值。

3.根據權利要求1所述的一種基于微波信號的遠距離位移探測方法，其特征在于：所述的微波發射器(1)固定在測量目標物體(4)上，微波發射器(1)發射微波并跟隨測量目標物體(4)一同移動。