[發(fā)明專利]一種基于毫米波的振動測量裝置及方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910074793.4 | 申請日： | 2019-01-25 |
| 公開（公告）號： | CN109883535A | 公開（公告）日： | 2019-06-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 薛忠新;王峰;侯譚;劉地;趙巖;倪云峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 陜煤集團神木張家峁礦業(yè)有限公司 |
| 主分類號： | G01H9/00 | 分類號： | G01H9/00 |
| 代理公司： | 陜西增瑞律師事務(wù)所 61219 | 代理人： | 張瑞琪 |
| 地址： | 719300 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 天線陣列單元 毫米波 振動測量裝置 處理單元 收發(fā)單元 數(shù)據(jù)采集 風(fēng)機 基帶信號處理單元 接收回波信號 波束 毫米波信號 毫米波陣列 波束方向 采集節(jié)點 測量系統(tǒng) 回波信號 微波波束 振動測量 振動狀態(tài) 測試點 測試 發(fā)射 | ||
1.一種基于毫米波的振動測量裝置，其特征在于，包括用于發(fā)射和接收微波波束的天線陣列單元(1)，所述天線陣列單元(1)依次通過毫米波收發(fā)單元(2)和基帶信號處理單元(3)連接至數(shù)據(jù)采集及處理單元(4)；
所述毫米波收發(fā)單元(2)用于生成毫米波信號并對信號進行處理且傳輸至所述天線陣列單元(1)，還用于對所述天線陣列單元(1)接收的毫米波信號進行處理生成接收毫米波信號的正交分量Q和同相分量I，且將所述正交分量Q和同相分量I傳輸至所述基帶信號處理單元(3)；
所述基帶信號處理單元(3)用于對所述正交分量Q和同相分量I依次進行放大和濾波后發(fā)送至所述數(shù)據(jù)采集及處理單元(4)，所述數(shù)據(jù)采集及處理單元(4)用于根據(jù)所述接收信號的正交分量Q和同相分量I計算得出待測風(fēng)機的振動狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于毫米波的振動測量裝置，其特征在于，所述毫米波收發(fā)單元(2)由信號發(fā)射單元和信號接收單元組成；
所述信號發(fā)射單元包括本機振蕩器(28)，所述本機振蕩器(28)的信號輸出端通過功率放大器(27)連接至第二功分器(26)的信號輸入端，所述第二功分器(26)的第一信號輸出端連接至所述信號接收單元，第二信號輸出端連接至環(huán)形器(21)的第二端口；所述環(huán)形器(21)的第一端口通過單刀雙擲開關(guān)(29)連接至所述天線陣列單元(1)，第三端口連接至所述信號接收單元；
所述信號接收單元包括與所述環(huán)形器(21)第三端口連接的低噪聲放大器(22)，所述低噪聲放大器(22)的信號輸出端連接至第一功分器(23)的信號輸入端，所述第一功分器(23)的第一信號輸出端通過移項器(24)連接至第一混頻器(25)的第一信號輸入端，所述第一功分器(23)的第二信號輸出端連接至第二混頻器(20)的第一信號輸入端；
所述第一混頻器(25)的第二信號輸入端和第二混頻器(20)的第二信號輸入端均連接至所述第二功分器(26)的第一信號輸出端；所述第一混頻器(25)和第二混頻器(20)的信號輸出端均連接至所述基帶信號處理單元(3)；
所述第一混頻器(25)用于將接收信號的正交分量Q發(fā)送至所述基帶信號處理單元(3)，所述第二混頻器(20)用于將接收信號的同相分量I發(fā)送至所述基帶信號處理單元(3)；
所述環(huán)形器(21)的信號傳輸路徑為第二端口傳輸至第一端口、第一端口傳輸至第三端口。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于毫米波的振動測量裝置，其特征在于，所述基帶信號處理單元(3)包括與所述第一混頻器(25)的信號輸出端連接的第一基帶信號放大器(31)和與所述第二混頻器(20)的信號輸出端連接的第二基帶信號放大器(35)，所述第一基帶信號放大器(31)和第二基帶信號放大器(35)的信號輸出端均連接至所述數(shù)據(jù)采集及處理單元(4)；
所述基帶信號處理單元(3)還包括三角波發(fā)生器(32)，所述三角波發(fā)生器(32)信號輸出端連接至所述本機振蕩器(28)的信號輸入端，所述三角波發(fā)生器(32)的信號輸入端連接至所述數(shù)據(jù)采集及處理單元(4)的信號輸出端。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于毫米波的振動測量裝置，其特征在于，所述天線陣列單元(1)包括發(fā)射天線陣列(11)和接收天線陣列(12)。
5.一種數(shù)據(jù)處理算法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于毫米波的振動測量裝置，具體方法為：
將三角波生成參數(shù)信息發(fā)送至三角波產(chǎn)生裝置(32)，所述三角波產(chǎn)生裝置(32)根據(jù)所述三角波生成參數(shù)信息生成三角波并發(fā)送至信號發(fā)射單元，所述信號發(fā)射單元根據(jù)所述三角波生成毫米波信號并通過發(fā)射天線陣列(11)發(fā)出；
通過接收天線陣列(12)接收待測風(fēng)機反射回來的毫米波信號，并通過信號發(fā)射單元提取出反射回來的毫米波信號的正交分量Q和同相分量I；
對所述正交分量Q和同相分量I進行放大和濾波處理，并根據(jù)處理后的正交分量Q和同相分量I計算得出待測風(fēng)機的振動狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種數(shù)據(jù)處理算法，其特征在于，根據(jù)處理后的正交分量Q和同相分量I計算得出待測風(fēng)機的振動狀態(tài)的具體方法為：
定義參考信號的信號幅度為sR(n)，其中，n＝1,2,3,...,N，N接收的毫米波信號的時間采集節(jié)點；
將所述參考信號的信號幅度sR(n)與預(yù)設(shè)閾值T進行比較，得出使得sR(n)＞T的每個時間采集節(jié)點i，i＝1,2,...,N，所述時間采集節(jié)點i為反射回來的毫米波信號中的每個波束的起始時間節(jié)點；
根據(jù)每個所述起始時間節(jié)點i得出反射回來的毫米波信號中每個周期的起始點集合NS＝{i1,i2,...iM}，其中，iM為反射回來的毫米波信號中第M個波束的起始時間節(jié)點，M為反射回來的毫米波信號中波束的總數(shù)；
將反射回來的毫米波信號中相鄰的兩個波束的起始時間節(jié)點的同相分量I和正交分量Q均進行差值運算并結(jié)合，得出反射回來的毫米波信號中相鄰的兩個波束的起始時間節(jié)點的相位變化值d(r)＝[sI(ir+1)-sI(ir)]+j[sQ(ir+1)-sQ(ir)]，所述相位變化值即為待測風(fēng)機的相對振動值，其中，r＝1,2,...,M-1；
根據(jù)d(r)計算得出反射回來的毫米波信號中相鄰的兩個波束的連續(xù)變化相位值d(r+p)＝[sI(ir+1+p)-sI(ir+p)]+j[sQ(ir+1+p)-sQ(ir+p)]，所述連續(xù)變化相位值即為待測風(fēng)機的連續(xù)振動值，其中，p為反射回來的毫米波信號中每個波束中包含的時間節(jié)點的個數(shù)。
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