寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率測量裝置及方法
2023-10-23 18:43:47 2
寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率測量裝置及方法
【專利摘要】一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，通過FPGA產生寬帶調製信號與本振器的本振信號經混頻器混頻產生射頻信號，再經功率放大器放大後由天線發射出，聲表面波器件吸收與其諧振頻率相近的信號後反射至天線，並向信號接收單元輸送，信號接收單元通過接收機輸出中頻信號和RSSI信號，A/D處理器對中頻信號和RSSI信號進行採樣，信號處理單元將RSSI信號與信號強度指定值進行比較，如果RSSI信號大於指定值，信號處理單元對中頻信號進行FFT變換處理從而計算出聲表面波器件的諧振頻率。本發明可同時發射具有多個頻點能量的射頻信號，使得在一個收發周期內就可完成聲表面波器件的諧振頻率測量，測量速度快。
【專利說明】寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸式遠程測量裝置，尤其涉及一種用於識別聲表面波器件頻率的非接觸式遠程測量裝置。
【背景技術】
[0002]遠程非接觸式測量技術廣泛應用於軍事、環保、醫學、工業控制等通訊領域，聲表面波器件抗幹擾能力強，靈敏度高，檢測範圍內的線性度、重複性好，非常適合用於遠程非接觸式測量技術。但是因為現有技術中只是針對聲表面波器件受到周圍環境中物理量、化學量或者生物量的變化而引起的聲表面波器件諧振頻率的變化作為一種現象觀察，而沒有對諧振頻率進行具體的測量，所以聲表面波器件並沒有很好的運用到遠程非接觸式測量技術中。
【發明內容】
[0003]發明目的:提供一種採用寬帶激勵測量聲表面波器件諧振頻率的裝置及方法。
[0004]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，包括信號處理單元、信號發射單元、天線開關及信號接收單元，所述信號處理單元的內部設定一個信號強度指定值，信號處理單元包括控制單元和A/D處理器，信號發射單元、天線開關及信號接收單元分別受控制單元的控制，信號發射單元包括FPGA、混頻器、本振器和功率放大器，信號接收單元包括接收機，FPGA的輸出端和本振器的輸出端分別連接於混頻器的輸入端，混頻器的輸出端連接於功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接於天線開關的發射端，天線開關的接收端連接於信號接收單元的輸入端，信號接收單元中接收機的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接於A/D處理器的輸入端，天線開關的公共端連接於具有可逆性的天線。
[0005]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:一種利用寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，所述測量方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，控制單元控制打開信號發射單元和天線開關之間的發射通道，FPGA將FPGA外部ROM的時域信號波形文件調入並產生寬帶調製信號，同時，本振器產生本振信號，該本振信號和寬帶調製信號經混頻器混頻後產生射頻信號，該射頻信號由功率放大器放大後經過天線開關由天線發射出，此時，天線開關和信號接收單元之間的接收通道為關閉的；
[0007]步驟二，控制單元控制關閉發射通道，打開天線開關和信號接收單元之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線發出與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，並將該信號反射給天線，反射回的信號經天線開關向信號接收單元輸送，信號接收單元對天線中反射回的信號進行處理，由接收機輸出中頻信號和RSSI信號；
[0008]步驟三，A/D處理器對步驟二中輸出的中頻信號和RSSI信號分別進行採樣，信號處理單元將信號強度指定值與RSSI信號進行比較，如果RSSI信號大於信號強度指定值，則進行步驟四的處理；如果RSSI信號小於信號強度指定值，則重複上述步驟一至步驟三的處理；
[0009]步驟四，信號處理單元對中頻信號的採樣數據進行FFT變換處理得到對應的頻譜能量數值，頻譜能量最大值對應的頻率加上接收機的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率；
[0010]最後，關閉接收通道。
[0011]工作原理:信號發射單元發射出的信號通過天線發射出去，與聲表面波器件諧振頻率相近的信號被聲表面波器件吸收後反射至天線並經天線開關向信號接收單元輸送，信號處理單元中的AD處理器對接收機輸出中頻信號和RSSI信號分別進行採樣，信號處理單元將其內部設定的信號強度指定值與RSSI信號進行強度判斷，如果RSSI大於信號強度指定值，信號處理單元對中頻信號進行FFT變換得到對應的頻譜能量數值，頻譜能量最大值對應的頻率加上接收機的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率；如果RSSI信號小於信號強度指定值，則重複上述過程，重新進行發射和接收處理。
[0012]有益效果:FPGA調入時域信號波形文件並產生寬帶調製信號，使得發射單元發射的寬帶調製信號具有多個頻點的能量，即發射單元可以同時發射多個頻點的射頻信號，避免了依次發射及接收多個頻點的信號帶來的不便，在一個收發周期內就可以完成對聲表面波器件的諧振頻率測量，提高了系統的測量速度，降低了整體功耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構示意圖；
[0014]圖2是本發明的工作流程圖；
[0015]圖3是一組指定頻點信號的頻譜圖；
[0016]圖4是A/D處理器採樣後信號的頻譜圖。
【具體實施方式】
[0017]請參圖1，寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置包括信號處理單元1、信號發射單元2、天線開關3、信號接收單元4及天線5。
[0018]信號處理單元I的內部設定有信號強度指示值，該信號處理單元I包括控制單元11和A/D處理器12。信號發射單元2、天線開關3及信號接收單元4分別由控制單元11控制。
[0019]信號發射單元2為超外差結構。信號發射單元包括FPGA21、混頻器22、本振器23和功率放大器24 (即功放)，FPGA21的輸出端和本振器23的輸出端分別連接於混頻器22的輸入端，混頻器22的輸出端連接於功率放大器22的輸入端,功率放大器24的輸出端與天線開關3的發射端連接。
[0020]信號接收單元4可以僅包括接收機41，此時，接收機41的輸入端即為信號接收單元4的輸入端而與天線開關3的接收端連接。信號接收單元4具有內置低噪聲放大器(未圖示)、內置混頻器(未圖示)及射頻信號幅度檢測電路(未圖示)。為了提高信號接收單元4的接收靈敏度，還可在接收機41外部設置一個低噪聲放大器42。此時，低噪聲放大器42的輸入端即為信號接收單元4的輸入端而與天線開關3的接收端連接，低噪聲放大器42的輸出端連接於接收機41的輸入端。接收機41的輸出端即為信號接收單元4的輸出端而與A/D處理器12的輸入端連接，接收機41的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接於A/D處理器12的輸入端。
[0021]FPGA21、混頻器22、本振器23、功率放大器24、天線開關3、低噪聲放大器42及接收機41分別連接於控制單元11，以使控制單元11單獨控制上述每個器件。
[0022]天線開關3的公共端連接於天線5。天線5具有可逆性，即天線5既具有發射信號的功能又有接收信號的功能。
[0023]圖2是對寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的具體測量方法進行敘述。需要說明的是在進行聲表面波器件諧振頻率的測量前，首先需要將一組指定頻點的信號(如圖3)由計算機進行FFT逆變換得到時域信號波形文件，在裝置下載軟體時寫入FPGA的外部ROM中，，當用戶指定的頻點數量和間距等發生變化時才需要重新進行上述操作。
[0024]請參圖2，步驟一，由控制單元11控制打開信號發射單元I與天線開關3之間的發射通道。FPGA將時域信號波形文件調入FPGA的內部RAM並產生寬帶調製信號，同時，本振器23產生本振信號，該寬帶調製信號和本振信號經混頻器22混頻後產生射頻信號，該射頻信號由功率放大器24進行放大後經過天線開關3由天線5發射出。此時，天線開關3和信號接收單元4之間的接收通道是關閉的。
[0025]步驟二，由控制單元11控制關閉發射通道，進入延遲等待，打開天線開關3和信號接收單元4之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線5發出的與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，並將該信號反射給天線5，反射回的信號經天線開關3向低噪聲放大器42輸送，經過接收機41進行處理輸出中頻信號和RSSI信號。
[0026]步驟三，A/D處理器12對上述中頻信號和RSSI信號分別進行採樣，並將信號處理單元(I)內部設定的信號強度指定值與RSSI信號進行比較；如果RSSI信號大於信號強度指定值，則關閉接收通道，進入下一步驟的處理；如果RSSI信號小於信號強度指定值，則關閉接收通道，重複上述步驟；
[0027]步驟四，信號處理單元I對中頻信號進行FFT變換，將其轉換成頻譜，頻譜轉換未完成的，再次進行FFT變換；頻譜轉換完成的，對該頻譜進行分析並轉換成物理量，得到對應的頻譜能量數值，頻譜能量最大值對應的頻率加上接收機41的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率。
[0028]信號處理單元還可以根據具體需要設置Ethernet通訊接口、RS485通訊接口、CAN通訊接口、RS232通訊接口、EEPROM通訊接口及LED通訊接口等通訊接口。
【權利要求】
1.一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，其特徵在於:包括信號處理單元(1)、信號發射單元(2)、天線開關(3)及信號接收單元(4)，所述信號處理單元(I)的內部設定一個信號強度指定值，信號處理單元(I)包括控制單元(11)和A/D處理器(12 )，信號發射單元(2)、天線開關(3)及信號接收單元(4)分別受控制單元(11)的控制，信號發射單元(2)包括FPGA(21)、混頻器(22)、本振器(23)和功率放大器(24)，信號接收單元(4)包括接收機(41)，FPGA (21)的輸出端和本振器(23)的輸出端分別連接於混頻器(22)的輸入端，混頻器(22)的輸出端連接於功率放大器(24)的輸入端，功率放大器(22)的輸出端連接於天線開關(3)的發射端，天線開關(3)的接收端連接於信號接收單元(4)的輸入端，信號接收單元中接收機(41)的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接於A/D處理器(12)的輸入端，天線開關(3 )的公共端連接於具有可逆性的天線(5 )。
2.如權利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特徵在於:所述信號發射單元(2)為超外差結構，FPGA (21)、混頻器(22)、本振器(23)及功率放大器(24)分別連接於控制單元(11)。
3.如權利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特徵在於:所述接收機(41)具有內置低噪聲放大器、內置混頻器及射頻信號幅度檢測電路。
4.如權利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特徵在於:所述信號接收單元(4)還包括低噪聲放大器(42)，天線開關(3)的接收端連接於低噪聲放大器(42 )的輸入端,低噪聲放大器(42 )的輸出端連接於接收機(41)的輸入端,接收機(41)和噪聲放大器(42)分別連接於控制單元(11)。
5.一種利用權利要 求1所述的寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，其特徵在於:所述測量方法包括以下步驟: 步驟一，控制單元(11)控制打開信號發射單元(2)和天線開關(3)之間的發射通道，FPGA (21)將FPGA (21)外部ROM的時域信號波形文件調入並產生寬帶調製信號，同時，本振器(23)產生本振信號，該本振信號和寬帶調製信號經混頻器(22)混頻後產生射頻信號，該射頻信號由功率放大器(24)放大後經過天線開關(3)由天線(5)發射出，此時，天線開關(3)和信號接收單元(4)之間的接收通道為關閉的； 步驟二，控制單元(11)控制關閉發射通道，打開天線開關(3)和信號接收單元(4)之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線(5)發出與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，並將該信號反射給天線，反射回的信號經天線開關(3)向信號接收單元(4)輸送，信號接收單元(4)對天線(5)中反射回的信號進行處理，由接收機(41)輸出中頻信號和RSSI信號； 步驟三，A/D處理器(12)對步驟二中輸出的中頻信號和RSSI信號分別進行採樣，信號處理單元(I)將信號強度指定值與RSSI信號進行比較，如果RSSI信號大於信號強度指定值，則進行步驟四的處理；如果RSSI信號小於信號強度指定值，則重複上述步驟一至步驟三的處理； 步驟四，信號處理單元(I)對中頻信號的採樣數據進行FFT變換處理得到對應的頻譜能量數值，頻譜能量最大值對應的頻率加上接收機(41)的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率； 最後，關閉接收通道。
6.如權利要求4所述的寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，其特徵在於:時域信號波形文件是由計算機將一組具有多頻 點能量的信號進行FFT逆變換得到的，再寫入FPGA的外部ROM。
【文檔編號】G01R23/02GK103777073SQ201410040819
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】胡利寧 申請人:胡利寧