塗敷型吸波材料性能檢測設備的製作方法

2023-07-13 13:56:56 2

專利名稱：塗敷型吸波材料性能檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種塗敷型吸波材料性能檢測設備，具體地說，是指一種可在室內外各種環境條件下用於測試塗敷型吸波材料吸波性能實時測試裝置。
背景技術：
塗敷型吸波材料是電磁吸波材料的一種，目前被廣泛的應用於軍事和民用領域中。在民用產品上應用於如人體安全防護、微波暗室、消除設備和通訊及導航系統的電磁幹擾、安全信息保密、電磁兼容等諸多方面，是降低電磁汙染的一種高級手段。
吸波塗料的吸波性能會隨著使用時間的增加而逐漸下降，因此在使用一段時間過後其性能可能不再滿足要求，需要更新塗料從而保持吸波效果。
吸波材料的吸波性能通過其反射率來衡量。在給定波長和極化的條件下，電磁波從同一方向，以同一功率密度入射到雷達吸波材料平面和良導體平面，雷達吸波材料平面與同尺寸良導體平面二者鏡面方向反射功率之比為雷達吸波材料反射率。
雷達吸波材料反射率測試的常用方法有遠場RCS(雷達散射截面)測試法、弓形測試法、樣板空間平移測試法等，這些方法要求在微波暗室或實驗室內進行測試，即需要有一個物理平臺的測試環境。對於使用階段的吸波塗料(如塗敷於建築物、設備機櫃等物體上的材料)的性能不能採用上述方法。

發明內容
本發明的目的在於提供一種塗敷型吸波材料性能檢測設備，該設備能夠在一定的動態範圍內，可以簡便靈活的測得實際使用中的吸波材料在要求頻段內，頻率間隔任意的各個頻點吸波性能。
本發明的檢測設備，由控制單元、發射單元、接收單元、環行器、延時電纜和傳感器組成，所述控制單元(11)包括數據採集、處理模塊、定標模塊、微處理器、輸入輸出模塊和時序發生器；所述發射單元(12)包括信號源、功分器、功率放大器、脈衝調製器；所述接收單元(10)包括射頻開關、混頻器、低通濾波器、放大器。
所述控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出模塊設置的參數，輸出頻率控制信號(1)給信號發射單元(12)的信號源，由信號源生成所需發射的射頻信號(2)，射頻信號(2)經功分器分為兩路，一路給接收單元(10)的混頻器作為本振信號(6)；另一路經過發射單元(12)的功率放大器放大後輸入脈衝調製器，與控制單元(11)的時序發生器產生的脈衝調製信號(4)進行調製，調製後的射頻信號(3)經環行器(8)、延時電纜(13)、傳感器(14)入射到塗覆有被測吸波材料的物體表面，由材料反射回來的信號經傳感器(14)、延時電纜(13)回傳給環行器(8)，經環行器(8)後的反射信號(9)進入接收單元(10)的射頻開關，控制單元(11)的時序產生器產生開關選通信號(5)控制射頻開關的通斷，對接收到的反射信號(9)進行選取，進入混頻器，與本振信號(6)混頻後經過濾波器濾出低頻信號(7)，經過放大後給控制單元(11)的數據採集、處理模塊，數據採集、模塊載入定標模塊，處理後得出被測材料的吸波性能曲線，通過顯示模塊顯示出來。
本發明的塗敷型吸波材料性能檢測設備的測試方法，該方法包含下列步驟A)根據延時電纜(13)長度確定脈衝調製信號和開關選通信號的參數；B)測試被測吸波材料，並將各頻率下接收單元(10)輸出的低頻信號傳輸給控制單元(11)的數據採集、處理單元；C)控制單元(11)的數據採集、處理模塊載入定標模塊，根據公式P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>計算得到被測吸波材料在各頻率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰減值，a表示低頻信號的採集電平。即可得到材料的吸波性能曲線。
D)控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出單元設置的顯示參數控制顯示單元顯示測試結果。
本發明的塗敷型吸波材料性能檢測設備，其優點(1)不受測試環境限制，使測試成本得到降低；(2)與常用方法中採用的設備相比，其具有測試成本低，易於攜帶、操作簡便靈活；(3)對吸波材料的吸波性能測試速度快；(4)可對正在使用中的設備進行現場測試；(5)可對使用過一段時間的大型設備進行現場測試。


圖1是本發明檢測設備主機的硬體結構框圖。
圖2是本發明時序發生器的時序結構示意圖。
圖3是控制裝置對測試結果的處理流程框圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種塗敷型吸波材料性能檢測設備，該檢測設備由控制單元(11)、發射單元(12)、接收單元(10)、延時電纜(13)、傳感器(14)和環行器(8)組成，(請參見圖1所示)。所述控制單元(11)包括數據採集、處理模塊、定標模塊、微處理器、輸入輸出模塊和時序發生器；所述發射單元(12)包括信號源、功分器、功率放大器、脈衝調製器；所述接收單元(10)包括射頻開關、混頻器、低通濾波器、放大器。
在本發明中，延時電纜一般採用10m左右的同軸射頻電纜線，其衰減值一般為0.5dB/m。傳感器一般採用喇叭天線即可，電壓駐波比≤1.5。
顯示模塊顯示主機控制模塊的設置參數，可以通過輸入輸出模塊輸入設置參數，通過參數的設置實現對被測載體(塗覆有吸波材料的微波設備)在塗覆上吸波材料後或者在塗覆吸波材料使用一段時間後所測得的吸波性能參數。顯示模塊也可以顯示數據處理模塊處理後的結果。
在測試中，本發明的塗敷型吸波材料性能檢測設備的工作步驟如下第一步連接設備，將傳感器通過延時電纜與環行器連接；第二步打開檢測設備，啟動控制單元；第三步根據延時電纜長度確定脈衝調製信號和開關選通信號的參數，通過輸入輸出模塊設置檢測設備工作參數；第四步通過主機控制模塊控制檢測設備主機開始採集，等待採集完畢；第五步數據採集、處理軟體載入定標模塊，按照反射率計算方法P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>得出各點的反射率後，存儲數據並顯示、列印、輸出。式中頻率為F時，衰減器衰減Pi時對應低頻信號採樣電平為ai，衰減Pi+1時對應低頻信號採樣電平為ai+1，若Pi＜Pi+1，則有ai＞ai+1。設測量吸波材料時低頻信號採樣電平為a。
對於本發明的信號產生、發射、接收、測試將通過下列的詳細來表達本發明的塗敷型吸波材料性能檢測設備，該檢測設備由控制單元(11)、發射單元(12)、接收單元(10)、延時電纜(13)、傳感器(14)和環行器(8)組成。所述控制單元(11)包括數據採集、處理模塊、定標模塊、微處理器、輸入輸出模塊和時序發生器；所述發射單元(12)包括信號源、功分器、功率放大器、脈衝調製器；所述接收單元(10)包括射頻開關、混頻器、低通濾波器、放大器。
所述控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出模塊設置的參數，輸出頻率控制信號(1)給信號發射單元(12)的信號源，由信號源生成所需發射的射頻信號(2)，射頻信號(2)經功分器分為兩路，一路給接收單元(10)的混頻器作為本振信號(6)；另一路經過發射單元(12)的功率放大器放大後輸入脈衝調製器，與控制單元(11)的時序發生器產生的脈衝調製信號(4)進行調製，調製後的射頻信號(3)經環行器(8)、延時電纜(13)、傳感器(14)入射到塗覆有被測吸波材料的物體表面，由材料反射回來的信號經傳感器(14)、延時電纜(13)回傳給環行器(8)，經環行器(8)後的反射信號(9)進入接收單元(10)的射頻開關，控制單元(11)的時序產生器產生開關選通信號(5)控制射頻開關的通斷，對接收到的反射信號(9)進行選取，進入混頻器，與本振信號(6)混頻後經過濾波器濾出低頻信號(7)，經過放大後給控制單元(11)的數據採集、處理模塊，數據採集、模塊載入定標模塊，處理後得出被測材料的吸波性能曲線，通過顯示模塊顯示出來在本發明中，檢測設備硬體結構框圖如圖1所示，本發明中的電路為普通結構形式，故不作詳細說明。
在本發明中，塗敷型吸波材料性能檢測設備的測試方法，該方法包含下列步驟A)根據延時電纜(13)長度確定脈衝調製信號和開關選通信號的參數；B)測試被測吸波材料，並將各頻率下接收單元(10)輸出的低頻信號傳輸給控制單元(11)的數據採集、處理單元；C)控制單元(11)的數據採集、處理模塊載入定標模塊，根據公式P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>計算得到被測吸波材料在各頻率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰減值，a表示低頻信號的採集電平。即可得到材料的吸波性能曲線。D)控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出單元設置的顯示參數控制顯示單元顯示測試結果。
在本發明中，為了避免終端駐波的影響，本發明人設計時序發生器的時序結構如下，脈衝調製信號的周期和脈寬，開關選通信號的位置取決於延時電纜的長度。設脈衝調製信號周期為T，脈寬T1，回波延時τ，開關選通信號延時T2，脈衝(包絡)的時序如圖2所示。經過脈衝調製和距離延時後，射頻開關僅輸出材料的反射波，從而避免了駐波的影響。
在本發明中，控制單元的數據採集、處理模塊執行如下過程(請參見圖3所示)設備就緒後，運行控制單元內的數據採集、處理模塊，數據採集、處理模塊在初始化過程中載入定標模塊，等待開始採集的命令，若接收到開始採集的命令，則開始採集，待採集結束後，讀入採集數據，然後按照「定標模塊」及「反射率公式」進行數據處理，將處理結果存儲並顯示輸出，本次測試結束。
本發明的檢測設備中，吸波材料的吸波性能通過其反射率來表徵。由於回波功率和低頻信號採樣電平之間存在單調、一一對應的關係，因此，可以在終端為良導體平面時，在信號源後加入衰減器，使用衰減器步進衰減，此時，可以認為加在信號源後的衰減等同於在終端有吸波材料作用的情況。以不接入衰減器時良導體平面的反射率作為0dB，以接入衰減器後各衰減值等效為吸波材料的反射率。在各衰減值上，採集輸出電平對頻率的值，從而在其動態範圍內，可以得到一個二維表，其每行的各值為固定衰減時各頻點對應的輸出電平，列的各值為固定頻點下各衰減值對應的輸出電平。由此即得各頻點處吸波材料的反射率和採集值之間的對應關係。
在本發明中，因傳感器固定，故對於良導體平面，其值只需在系統出廠定標時測量一次。測量吸波材料的反射率時，對採集到的值通過已測得的二維表查表並進行線性插值的方法求得對應的反射率。即若頻率為F時，衰減器衰減Pi時對應低頻信號採樣電平ai，衰減Pi+1時對應低頻信號採樣電平為ai+1，若Pi＜Pi+1，則有ai＞ai+1。設測量吸波材料時低頻信號採樣電平a，則對應反射率P為P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>(dB)據此得出各個頻點的反射率。
為了證明本發明測試裝置的有效性，對同一種吸波材料樣板在8～17GHz進行測試，其測試結果如表1所示。
表1同一種吸波材料樣板的實測數據和暗室測試數據對比表

從上表可知，採用本發明的測試裝置所測得的結果與在暗室裡測試的結果誤差在±1dB以內。以此證明本發明的塗敷型吸波材料性能檢測設備所測結果可正確反映吸波材料的吸波性能。
權利要求
1.一種塗敷型吸波材料性能檢測設備，包括控制單元、發射單元、接收單元、環行器、延時電纜和傳感器，其特徵在於環行器與傳感器使用延時電纜連接。所述檢測設備由控制單元(11)、發射單元(12)、接收單元(10)、延時電纜(13)、傳感器(14)和環行器(8)組成，所述控制單元(11)包括數據採集、處理模塊、定標模塊、微處理器、輸入輸出模塊和時序發生器；所述發射單元(12)包括信號源、功分器、功率放大器、脈衝調製器；所述接收單元(10)包括射頻開關、混頻器、低通濾波器、放大器。
2.根據權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於所述控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出模塊設置的參數，輸出頻率控制信號(1)給信號發射單元(12)的信號源，由信號源生成所需發射的射頻信號(2)，射頻信號(2)經功分器分為兩路，一路給接收單元(10)的混頻器作為本振信號(6)；另一路經過發射單元(12)的功率放大器放大後輸入脈衝調製器，與控制單元(11)的時序發生器產生的脈衝調製信號(4)進行調製，調製後的射頻信號(3)經環行器(8)、延時電纜(13)、傳感器(14)入射到塗覆有被測吸波材料的物體表面，由材料反射回來的信號經傳感器(14)、延時電纜(13)回傳給環行器(8)，經環行器(8)後的反射信號(9)進入接收單元(10)的射頻開關，控制單元(11)的時序產生器產生開關選通信號(5)控制射頻開關的通斷，對接收到的反射信號(9)進行選取，進入混頻器，與本振信號(6)混頻後經過濾波器濾出低頻信號(7)，經過放大後給控制單元(11)的數據採集、處理模塊，數據採集、模塊載入定標模塊，處理後得出被測材料的吸波性能曲線，通過顯示模塊顯示出來。
3.根據權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於所述傳感器採用喇叭口面天線，電壓駐波比≤1.5。
4.根據權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於定標模塊包括一個二維表格，二維表中行表示固定衰減時各頻點對應的輸出電平，列表示固定頻點下各衰減值對應的輸出電平。
5.根據權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於數據採集、處理模塊根據公式P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>計算被測吸波材料的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰減值，a表示低頻信號的採集電平。
6.一種塗敷型吸波材料性能的測試方法，該方法利用塗敷型吸波材料性能檢測設備，該設備包括控制單元、發射單元、接收單元、環行器、延時電纜和傳感器。所述檢測設備由控制單元(11)、發射單元(12)、接收單元(10)、延時電纜(13)、傳感器(14)和環行器(8)組成，所述控制單元(11)包括數據採集、處理模塊、定標模塊、微處理器、輸入輸出模塊和時序發生器。測試方法包含下列步驟A)根據延時電纜(13)長度確定脈衝調製信號和開關選通信號的參數；B)測試被測吸波材料，並將各頻率下接收單元(10)輸出的低頻信號傳輸給控制單元(11)的數據採集、處理單元；C)控制單元(11)的數據採集、處理模塊載入定標模塊，根據公式P=0-[Pi+(Pi+1-Pi)(a-aiai+1-ai)]]]>計算得到被測吸波材料在各頻率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰減值，a表示低頻信號的採集電平。即可得到材料的吸波性能曲線。D)控制單元(11)的微處理器根據輸入輸出單元設置的顯示參數控制顯示單元顯示測試結果。
全文摘要
本發明公開了一種塗敷型吸波材料性能檢測設備，包括控制單元、發射單元、接收單元、環行器、延時電纜和傳感器。控制單元的微處理器根據輸入輸出模塊設置的參數輸出頻率控制信號給發射單元的信號源，發射所需頻段的射頻信號，經過功分器分為兩路，一路給混頻器作為本振信號；另一路經過功率放大器放大後輸入脈衝調製器，與時序發生器產生的脈衝調製信號進行調製，調製後的射頻信號經環行器、延時電纜、傳感器入射到被測材料的表面，反射信號經傳感器、延時電纜、環行器進入射頻開關，時序產生器產生開關選通信號控制射頻開關的通斷，選出有用的反射信號，進入混頻器，與本振信號混頻後經過低通濾波器濾出低頻信號，經過放大後給數據採集、處理模塊，數據採集、模塊載入定標模塊，處理後得出被測材料的吸波性能曲線，通過顯示模塊顯示出來。
文檔編號G01N29/22GK101059481SQ20061007670
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優先權日2006年4月19日
發明者洪韜, 梁沂, 彭剛 申請人:北京測威科技有限公司