一種攜帶式探測雷達的製作方法
2023-05-14 21:43:06
專利名稱：一種攜帶式探測雷達的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雷達，特別涉及一種用於探測表層下埋藏物體，體積小，便於攜帶的雷達。
實現雷達無損檢測技術的關鍵在於探測雷達。目前，國際上只有很少幾個國家能獨立開發適合進行無損檢測的探測雷達。但這些雷達仍然存在以下一些缺陷，不利於推廣使用。
1.結構複雜，價格昂貴，本身體積和重量都較大，不便於攜帶使用，在戶外工作時頗感不便。
2.某些探測雷達由地質雷達稍作調整而成，要麼速度不夠，要麼精度不夠，不能很好地滿足用戶的要求。
3.某些探測雷達對天線探頭周圍地上的物體有特殊的要求，否則對探測結果會有明顯的影響。
北京愛迪爾國際探測技術有限公司針對上述的不足之處，結合我國的實際需求，開發了CBS-9000車載式道路專用探測雷達，並獲得國家實用新型專利(專利號ZL99200610.4)。該車載式探測雷達包括發射天線、接收天線、處理設備、雷達主機、電源，可以連續檢測，且能準確定位，對高速公路、機場跑道的質量檢測、厚度檢查、脫空、裂縫等異常情況，都能以掃描方式探測，使地下異物情況、分布走向等都能以圖像方式顯示在顯示屏上，真實充分地體現出來。
但上述的車載式道路探測雷達是為安裝在汽車上設計的，體積較大，不適合攜帶使用。而在實際工作中，大家迫切需要一種性能與上述車載雷達相當，但體積和重量要小得多的可攜式探測雷達。
為實現上述的發明目的，本實用新型採用下述的技術方案一種攜帶式探測雷達，其中雷達主機中的前置放大電路接天線輸入的信號，並與接收機電路相連接，接收機電路接數據延時電路，信號處理與控制電路分別與前置放大電路、接收機電路、數據延時電路相連接，顯示電路與信號處理與控制電路相連接，其特徵在於所述雷達主機安裝在一個箱體5內；所述箱體5上表面是控制面板14，控制面板上有控制鍵，控制面板一側是箱體上口8，箱體上口的上端通過軸套31與上蓋6相連接，上蓋6上有顯示屏11。
本實用新型具有設計精巧，體積小，重量輕，攜帶方便，低功耗運行，節能環保的特點。本攜帶式探測雷達配備50-1000MHz天線，兼具單點精測和連續測量的優點，工作效率高，操作簡單方便，適合探測埋地軍械和危險品，檢查建築工程施工質量，探測地下管網，進行考古測量，尋找地下暗流，確定地下水位，探測礦脈的分布和走向等場合使用。
圖2所示為本實用新型的信號流向框圖。
圖3所示為前置放大電路的電路原理圖。
圖4所示為本實用新型中接收機電路的原理圖。
圖5所示為數控延時電路的電路原理圖。
圖6所示為信號處理與控制電路中控制板A1的電路原理圖。
圖7所示為信號處理與控制電路中控制板A2的電路原理圖。
圖8所示為所使用天線的一個具體實施例。
圖9所示為發射源電路的一個具體實施例。
圖1為本實用新型的整體機械結構示意圖。雷達主機整體安裝在箱體5內，箱體5底部是箱體底座9，箱體底座四角安裝了四個腳墊37，底座9上方為框架組件1，框架組件1對側是用於安放主機板的主板支架17，主機支架17中間處開有長圓形的孔，其上端為支座16，支座16通過螺釘13螺固在箱體5上。主機支架17側邊略向上處為一個∏形的支架20。箱體5上表面從上向下依次是控制面板14和面板底板15。控制面板上安裝有控制鍵以對整個雷達進行操控。控制鍵為軟菜單功能鍵。控制面板一側是箱體上口8，箱體上口8下端是控制器轉接板26，上端通過軸套31與上蓋6相連接。箱體上口與上蓋間配合嚴謹，無間隔感，依靠軸套摩擦力，上蓋能在任意位置停留。上蓋6從上向下依次是上蓋蓋板7，屏幕壓板10和顯示屏11，它們之間通過螺釘33和34固定在一起。上蓋蓋板最外側是箱扣32。雷達不使用時，可以通過箱扣將上蓋6和箱體5連為一個整體，便於攜帶。箱體5與箱體上口8和箱體底座9之間採用鉚接固定。同時，由於進風口和風扇的合理布置形成對流，具有最佳的散熱效果。
圖2所示為本探測雷達的信號流向框圖。對於本雷達裝置，其工作過程是這樣的首先由外置的發射天線向所要探測的位置發射高頻電磁波，高頻電磁波經物體反射後，由雷達上的接收天線接收，經前置放大電路放大，進入接收機電路進行處理，再經過包含微處理器的信號處理與控制電路後接顯示電路，由顯示屏顯示所探測物體的圖像。信號處理與控制電路分別與前置放大電路、接收機電路、數據延時電路相連接，以對其進行控制。數據延時電路與接收機電路相連接。在本探測雷達中，所使用的顯示屏為液晶顯示屏。
圖3所示為前置放大電路的電路原理圖。前置放大電路的作用是對接收天線端輸入的雷達波反射信號進行放大，以便接收機電路進行處理。電路中的J1端接接收天線。輸入信號經J1輸入後，經LC濾波電路後接放大器A1，再經LC濾波電路二次濾波後接放大器A2，經A2放大後的信號再接放大器A3，經放大器E4後接輸出端J2輸出。在前置放大電路中，A2和A3都並聯有電感、電阻、電容串接成的電路。
圖4為本實用新型中接收機電路的原理圖。接收機電路是本實用新型的核心電路，它可以分為取樣門部分，取樣脈衝產生器部分，偏壓和間歇振蕩器部分，比較器和步進脈衝產生器部分和交流放大器及延長電路部分。下面分別加以說明。
經前置放大電路放大的信號進入取樣門部分中的高頻插座X1後接四個開關二級管組成的橋式取樣門，再經場效應管V105後輸出。其輸出端記為U1。在橋式取樣門的另兩端分別接變壓器T101的原邊和副邊的一端，T101原邊和副邊的另一端分別接取樣脈衝產生器部分的兩個輸入端U3和U2。
取樣脈衝產生器部分的兩個輸入端U3和U2分別接開關二級管V109和V110，但二極體導通方向相反。矽階躍恢復二極體V108的兩端分別接V109和V110的一端，同時其兩端分別與變壓器T102的原邊和副邊相接。T102經電阻R114和電容C107接三極體V106。三極體V106的基極經電容C104接輸出端U7，集電極經電阻R109和電容C105接輸出端U6。
偏壓和間歇振蕩器部分的兩個輸入端U4和U5分別與取樣脈衝產生器部分的兩個輸入端U3和U2相接。偏壓和間歇振蕩器部分中主要由三極體V111和電阻R137、R138、R139組成偏壓部分，並經輸出端U8輸出。間歇振蕩器部分主要由變壓器T103、T104，電晶體V113，電位器R142以及電阻、電容組成。取樣脈衝產生器部分的輸出端U6接55變壓器T103的一邊，T103的另一邊經電容C117後接三端變壓器T104，T104的兩邊分別接三極體V113的基極和集電極，V113的射極接與電容C118並聯的電位器R142。T104的另一邊與電阻R145並聯，其一端接地，另一端接輸出端U9。
為保證取下被探測波形上不同部分的樣品，要求取樣脈衝具有步進延時的功能，即相對於某一個參考時刻，各個取樣脈衝到取樣門部分中的橋式取樣門的時刻必須順次增加一個延時量。這一功能由比較器完成。在比較器和步進脈衝產生器部分中，由X4端引入電壓信號，這一信號為斜率變化較快的斜變電壓信號，稱為快斜波。由可變電阻R342引入U10端信號，這一信號斜率變化較慢的斜變電壓信號，稱為慢斜波。當兩者電平一致時，比較器產生輸出電壓，同時，取樣脈衝發生器也產生取樣脈衝。顯然，由於比較器的兩個輸入端加有變化的電壓信號，比較閥值電平也跟著變化，這樣比較器和步進脈衝產生器部分的輸出就是具有步進延時的一列脈衝，該脈衝經U7端輸出。
交流放大器及延長電路部分主要由電阻R201～R230，電容C201～C215，二極體V1、V2、V204～V207，三極體V3、V4、V201～V203、V209、V210，場效應管V208，穩壓管V211，繼電器K1、K2，151515變壓器T201組成。這一部分電路的結構屬於比較成熟的技術。此處不再贅述。輸入信號從取樣門部分的輸出端U1接入，經三極體放大電路放大之後，由X5端輸出至信號處理與控制電路中的A/D變換器中進行A/D轉換。
圖5所示為數控延時電路的電路原理圖。信號處理與控制電路輸出的觸發脈衝經B1接口輸入，送入雙單穩觸發器IC1的2腳，IC1的3腳接數字電位計IC2～IC5的8腳，IC1的3腳、11腳、14腳、15腳、16腳分別接三端穩壓器U1的輸出端3腳，IC1的10腳和13腳同時接電容C114，再經二極體D107和55變壓器TP3接B2接口，向外輸出到接收機電路中的快斜波發生器的輸入端，IC1的5腳依次經電容C112，二極體D105，55變壓器TP2，三極體Q101，55變壓器TP4，電容C119後接B3接口，向外輸出到發射源電路中作觸發信號。因為發射信號從天線發射直至接收天線接受到回波信號，不可避免總有一段延時時間，為取保回波信號波形落入顯示窗口內，設置上述數控延時電路是必須的。
信號處理與控制電路分為控制板A1和A2，分別顯示在圖6和圖7中。在控制板A1中，D13為A/D變換器AD7884，其解析度為16bit，轉換時間為5.3微秒，如圖6所示，其輸入端接收接收機電路傳過來的模擬信號，進行A/D變換後接鎖存器D9和D10，再接入總線中。D12為AD-DAC85-V轉換器，解析度為12bit，轉換時間為1微秒。其輸入端接模擬開關D16，輸出端接鎖存器D8和D11，D8和D11再接鎖存器D7，D7的11腳經緩衝器D1後接解碼器D3的7腳。模擬開關D16接鎖存器D6。D6、D7、D8、D15的輸出端同時接緩衝器D5，再經D5接總線。與非門D4的3、5、7、9、12、14腳分別接總線和D3上的1、2、3、6腳，其19腳接D3上的5腳。圖7所示為控制板A2的電路原理圖。其中N1為運算放大器，它的輸出端接X1，同向輸入端接AD-DAC85-V轉換器D19的15腳和18腳，D19的數字端E0～E11腳接鎖存器D12和D16，D16接鎖存器D8。X3端分為三組8位的數據端和3個選通信號端，三組8位的數據端分別接緩衝器D11、鎖存器D14、D18，D11再接鎖存器D7，D14、D18同時接緩衝器D15。3個輸入信號端分別接光電耦合器D17，輸入信號經過光電隔離和施密特電路整形後進入8253計數器D5中。D5的讀寫控制端RD、WR、A0、A1接緩衝器D2的1Y1～1Y4引腳。D5、D7、D8、D12、D15的數據端同時接入緩衝器D4的數據端，經D4接入總線。
本實用新型可以選配50-1000MHz的各種天線。天線與雷達主機之間可以採用有線通信方式，如利用通訊電纜、光纖進行通信，也可採用無線通信方式。圖8為所使用天線的一個具體實施例。其中，1為輸入、輸出插座，2為高性能吸收材料，3為天線輻射頁面，4為發射源電路，5為金屬後向屏蔽外殼。
天線中的發射源電路可以採用現有的多種成熟電路。圖9所示為發射源電路的一個具體實施例。從數控延時電路中引出的觸發信號經電容C0後進入三極體Q1，經射極後接變壓器T1的原邊。T1的副邊分別接電容C4和C5，C4和C5分別接三極體Q2和Q3，Q2和Q3的集電極分別接可變電容C7和C8，C7和C8的另一端接在一起接輸出端，對外發射雷達波。
本實用新型中所採用的微處理器和液晶顯示屏都為現有的成熟產品，其中液晶顯示屏為800×600LCD，另外主機內還有一個硬碟以記錄採集的數據。它們通過總線接入。微處理器對經過A/D變換的數據進行運算，將之變換為圖形信號，經總線輸入液晶顯示器進行顯示。本實用新型的主機上還有齊全的串/並行接口，可以外接鍵盤，印表機，顯示器等外設。
本攜帶式探測雷達的主要技術性能指標如下系統增益≥160dB，發射源脈衝幅度40-1500V，抖動率≤25ps，帶寬DC-1GHz(3db)，時間窗範圍1-5000ns，採樣點數256-4096，採樣間隔＜3ps，最小時間解析度＜25ps，系統功耗＜60W，工作溫度-10-+50℃。
本探測雷達的主機重量不大於13公斤，外形尺寸為34釐米×26釐米×30釐米。探測雷達所使用的電源為12V直流電源和220V交流電源。
需要聲明的是，本實用新型的特定實施例已經對本實用新型的發明內容做了詳盡的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，特別是對若干部件的等同替換，都構成對本實用新型專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1.一種攜帶式探測雷達，其中雷達主機中的前置放大電路接天線輸入的信號，並與接收機電路相連接，接收機電路接數據延時電路，信號處理與控制電路分別與前置放大電路、接收機電路、數據延時電路相連接，顯示電路與信號處理與控制電路相連接，其特徵在於所述雷達主機安裝在一個箱體(5)內；所述箱體(5)上表面是控制面板(14)，控制面板上有控制鍵，控制面板一側是箱體上口(8)，箱體上口的上端通過軸套(31)與上蓋(6)相連接，上蓋(6)上有顯示屏(11)。
2.如權利要求1所述的攜帶式探測雷達，其特徵在於所述箱體底座(9)上方為框架組件(1)，框架組件對側是主板支架(17)，主機支架上端為支座(16)，支座固定在箱體(5)上，主機支架側邊略向上處為一個∏形的支架(20)。
3.如權利要求1所述的攜帶式探測雷達，其特徵在於所述顯示屏為觸摸式液晶顯示屏。
4.如權利要求1所述的攜帶式探測雷達，其特徵在於所述控制鍵為軟菜單功能鍵。
5.如權利要求1所述的攜帶式探測雷達，其特徵在於所述接收機電路包括取樣門部分、取樣脈衝產生器部分、偏壓和間歇振蕩器部分、比較器和步進脈衝產生器部分和交流放大器及延長電路部分，其中取樣門部分與取樣脈衝產生器部分和交流放大器及延長電路部分相連接，比較器和步進脈衝產生器部分與取樣脈衝產生器部分相連接，取樣脈衝產生器部分和交流放大器及延長電路部分與偏壓和間歇振蕩器部分相連接。
專利摘要一種攜帶式探測雷達，其中雷達主機中的前置放大電路接天線輸入的信號，並與接收機電路相連接，接收機電路接數據延時電路，信號處理與控制電路分別與前置放大電路、接收機電路、數據延時電路相連接，顯示電路與信號處理與控制電路相連接。雷達主機安裝在一個箱體5內，箱體5上表面是控制面板14，控制面板上有控制鍵，控制面板一側是箱體上口8，箱體上口的上端通過軸套31與上蓋6相連接，所述上蓋上有顯示屏11。本探測雷達設計精巧，體積小，重量輕，運行功耗低，節能環保，可配備50－1000MHz天線，兼具單點精測和連續測量的優點，工作效率高，操作方便。
文檔編號G01S13/00GK2574067SQ0228252
公開日2003年9月17日 申請日期2002年10月14日 優先權日2002年10月14日
發明者支海燕, 童雁飛, 吳春柏, 鮑秉乾, 白崇文, 任躍 申請人:北京愛迪爾國際探測技術有限公司