[發(fā)明專利]一種基于微波信號(hào)的遠(yuǎn)距離微小位移探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810813723.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN108981623B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳周祎;皇甫江濤;谷之韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B15/00
• 分類號(hào): G01B15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于微波信號(hào)的遠(yuǎn)距離微小位移探測(cè)方法。微波發(fā)射器固定在測(cè)量目標(biāo)物體上并跟隨測(cè)量目標(biāo)物體一同移動(dòng)，微波發(fā)射器發(fā)出微波信號(hào)繞過金屬圓形屏障后由微波信號(hào)接收裝置進(jìn)行微波探測(cè)，微波信號(hào)接收裝置包括第一、第二、第三接收天線和接收探測(cè)電路；第二接收天線放置于微波信號(hào)繞過金屬圓形屏障后發(fā)生衍射所形成確定的阿拉戈點(diǎn)處；比較接收天線的信號(hào)幅度和相位差異，得到微波源小于波長(zhǎng)尺度的微小位移，比較接收天線之間的信號(hào)幅度、相位和頻率，得到遠(yuǎn)距離微波源小于波長(zhǎng)尺度的微小振動(dòng)的幅度和頻率值。本發(fā)明適合無(wú)法采用光學(xué)方法測(cè)量的場(chǎng)合，成本低，測(cè)量靈敏度高，系統(tǒng)部署簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)距離微波源次波長(zhǎng)微小位移探測(cè)方法，尤其涉及了一種基于微波信號(hào)的遠(yuǎn)距離微小位移探測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，社會(huì)各個(gè)層面中工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多。這些系統(tǒng)無(wú)一例外地需要精確的監(jiān)測(cè)技術(shù)來保證其可靠性，這也迫使探測(cè)技術(shù)朝著高精度、遠(yuǎn)距離和低成本方向發(fā)展。在現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域中，激光位移檢測(cè)方法雖然以其非接觸、高靈敏度的優(yōu)勢(shì)成為了大部分結(jié)構(gòu)位移信息檢測(cè)的主要手段，但目前仍然無(wú)法解決在位移測(cè)量過程中高精度與遠(yuǎn)距離、低成本之間的矛盾問題。激光要在長(zhǎng)距離的傳輸中保持高度集中需要很大的功率，且現(xiàn)有的高精度激光器價(jià)格普遍較高。除此之外，激光探測(cè)不適用于有介質(zhì)遮擋的場(chǎng)合。但在遠(yuǎn)距離探測(cè)中，障礙物的出現(xiàn)往往是無(wú)法避免的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于微波信號(hào)的遠(yuǎn)距離微小位移探測(cè)方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括具備微波發(fā)射功能的微波發(fā)射器、具備遮擋微波功能的金屬圓形屏障和具備測(cè)量微波強(qiáng)度和位置變化功能的微波信號(hào)接收裝置；微波發(fā)射器安裝在測(cè)量目標(biāo)物體上，微波發(fā)射器和微波信號(hào)接收裝置分別布置在金屬圓形屏障的兩側(cè)，微波發(fā)射器發(fā)出微波信號(hào)繞過金屬圓形屏障后由微波信號(hào)接收裝置進(jìn)行微波探測(cè)，根據(jù)探測(cè)到的微波信號(hào)計(jì)算測(cè)量目標(biāo)物體的位移或振動(dòng)。

所述的微波信號(hào)接收裝置包括第一接收天線、第二接收天線、第三接收天線和接收探測(cè)電路；第一接收天線、第二接收天線和第三接收天線沿直線等距間隔平行排列，三根天線均連接到接收探測(cè)電路；第二接收天線正對(duì)金屬圓形屏障的中心點(diǎn)放置，且第二接收天線中心和金屬圓形屏障的中心點(diǎn)的連線垂直于金屬圓形屏障表面；第二接收天線放置于微波發(fā)射器發(fā)出的微波信號(hào)繞過金屬圓形屏障后發(fā)生衍射所形成確定的阿拉戈點(diǎn)處。

阿拉戈點(diǎn)又稱泊松點(diǎn)，它是入射波由于菲涅爾衍射而在圓形物體背后陰影中心出現(xiàn)的波動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。當(dāng)入射波足夠遠(yuǎn)時(shí)可以等效為沿金屬圓形屏障軸向平行入射的波信號(hào)，此阿拉戈點(diǎn)的位置可以用公式表示為：

其中，f表示阿拉戈點(diǎn)距金屬圓形屏障中心的垂直距離，h表示金屬圓形屏障的直徑，k為測(cè)量目標(biāo)物體與金屬圓形屏障的距離，λ是微波波長(zhǎng)。

所述的第一接收天線、第二接收天線和第三接收天線同時(shí)接收微波信號(hào)，比較三個(gè)接收信號(hào)的幅度和相位差異得到測(cè)量目標(biāo)物體小于微波波長(zhǎng)尺度的微小位移。

所述的第一接收天線、第二接收天線、第三接收天線同時(shí)接收微波信號(hào)，比較三個(gè)接收信號(hào)的幅度和相位變化的大小和頻率得到測(cè)量目標(biāo)物體小于微波波長(zhǎng)尺度的微小振動(dòng)的幅度和頻率值。

所述的微波發(fā)射器固定在測(cè)量目標(biāo)物體上，微波發(fā)射器發(fā)射微波并跟隨測(cè)量目標(biāo)物體一同移動(dòng)。

本發(fā)明利用微波衍射原理，比較他們之間的微波信號(hào)的幅度和相位差異，可得到遠(yuǎn)距離處微波源小于波長(zhǎng)尺度的微小位移的大小。

本發(fā)明利用微波衍射原理，比較接收天線之間的微波信號(hào)幅度和相位變化的大小和頻率，可得到遠(yuǎn)距離微波源小于波長(zhǎng)尺度的微小振動(dòng)的幅度和頻率值。

本發(fā)明具有的有益效果是：