CN101059481A - 涂敷型吸波材料性能检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涂敷型吸波材料性能检测设备，包括控制单元、发射单元、接收单元、环行器、延时电缆和传感器。控制单元的微处理器根据输入输出模块设置的参数输出频率控制信号给发射单元的信号源，发射所需频段的射频信号，经过功分器分为两路，一路给混频器作为本振信号；另一路经过功率放大器放大后输入脉冲调制器，与时序发生器产生的脉冲调制信号进行调制，调制后的射频信号经环行器、延时电缆、传感器入射到被测材料的表面，反射信号经传感器、延时电缆、环行器进入射频开关，时序产生器产生开关选通信号控制射频开关的通断，选出有用的反射信号，进入混频器，与本振信号混频后经过低通滤波器滤出低频信号，经过放大后给数据采集、处理模块，数据采集、模块载入定标模块，处理后得出被测材料的吸波性能曲线，通过显示模块显示出来。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂敷型吸波材料性能检测设备，具体地说，是指一种可在室内外各种环境条件下用于测试涂敷型吸波材料吸波性能实时测试装置。
背景技术
涂敷型吸波材料是电磁吸波材料的一种，目前被广泛的应用于军事和民用领域中。在民用产品上应用于如人体安全防护、微波暗室、消除设备和通讯及导航系统的电磁干扰、安全信息保密、电磁兼容等诸多方面，是降低电磁污染的一种高级手段。
吸波涂料的吸波性能会随着使用时间的增加而逐渐下降，因此在使用一段时间过后其性能可能不再满足要求，需要更新涂料从而保持吸波效果。
吸波材料的吸波性能通过其反射率来衡量。在给定波长和极化的条件下，电磁波从同一方向，以同一功率密度入射到雷达吸波材料平面和良导体平面，雷达吸波材料平面与同尺寸良导体平面二者镜面方向反射功率之比为雷达吸波材料反射率。
雷达吸波材料反射率测试的常用方法有远场RCS(雷达散射截面)测试法、弓形测试法、样板空间平移测试法等，这些方法要求在微波暗室或实验室内进行测试，即需要有一个物理平台的测试环境。对于使用阶段的吸波涂料(如涂敷于建筑物、设备机柜等物体上的材料)的性能不能采用上述方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涂敷型吸波材料性能检测设备，该设备能够在一定的动态范围内，可以简便灵活的测得实际使用中的吸波材料在要求频段内，频率间隔任意的各个频点吸波性能。
本发明的检测设备，由控制单元、发射单元、接收单元、环行器、延时电缆和传感器组成，所述控制单元(11)包括数据采集、处理模块、定标模块、微处理器、输入输出模块和时序发生器；所述发射单元(12)包括信号源、功分器、功率放大器、脉冲调制器；所述接收单元(10)包括射频开关、混频器、低通滤波器、放大器。
所述控制单元(11)的微处理器根据输入输出模块设置的参数，输出频率控制信号(1)给信号发射单元(12)的信号源，由信号源生成所需发射的射频信号(2)，射频信号(2)经功分器分为两路，一路给接收单元(10)的混频器作为本振信号(6)；另一路经过发射单元(12)的功率放大器放大后输入脉冲调制器，与控制单元(11)的时序发生器产生的脉冲调制信号(4)进行调制，调制后的射频信号(3)经环行器(8)、延时电缆(13)、传感器(14)入射到涂覆有被测吸波材料的物体表面，由材料反射回来的信号经传感器(14)、延时电缆(13)回传给环行器(8)，经环行器(8)后的反射信号(9)进入接收单元(10)的射频开关，控制单元(11)的时序产生器产生开关选通信号(5)控制射频开关的通断，对接收到的反射信号(9)进行选取，进入混频器，与本振信号(6)混频后经过滤波器滤出低频信号(7)，经过放大后给控制单元(11)的数据采集、处理模块，数据采集、模块载入定标模块，处理后得出被测材料的吸波性能曲线，通过显示模块显示出来。
本发明的涂敷型吸波材料性能检测设备的测试方法，该方法包含下列步骤：
A)根据延时电缆(13)长度确定脉冲调制信号和开关选通信号的参数；
B)测试被测吸波材料，并将各频率下接收单元(10)输出的低频信号传输给控制单元(11)的数据采集、处理单元；
C)控制单元(11)的数据采集、处理模块载入定标模块，根据公式 计算得到被测吸波材料在各频率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰减值，a表示低频信号的采集电平。即可得到材料的吸波性能曲线。
D)控制单元(11)的微处理器根据输入输出单元设置的显示参数控制显示单元显示测试结果。
本发明的涂敷型吸波材料性能检测设备，其优点：(1)不受测试环境限制，使测试成本得到降低；(2)与常用方法中采用的设备相比，其具有测试成本低，易于携带、操作简便灵活；(3)对吸波材料的吸波性能测试速度快；(4)可对正在使用中的设备进行现场测试；(5)可对使用过一段时间的大型设备进行现场测试。
附图说明
图1是本发明检测设备主机的硬件结构框图。
图2是本发明时序发生器的时序结构示意图。
图3是控制装置对测试结果的处理流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种涂敷型吸波材料性能检测设备，该检测设备由控制单元(11)、发射单元(12)、接收单元(10)、延时电缆(13)、传感器(14)和环行器(8)组成，(请参见图1所示)。所述控制单元(11)包括数据采集、处理模块、定标模块、微处理器、输入输出模块和时序发生器；所述发射单元(12)包括信号源、功分器、功率放大器、脉冲调制器；所述接收单元(10)包括射频开关、混频器、低通滤波器、放大器。
在本发明中，延时电缆一般采用10m左右的同轴射频电缆线，其衰减值一般为0.5dB/m。传感器一般采用喇叭天线即可，电压驻波比≤1.5。
显示模块显示主机控制模块的设置参数，可以通过输入输出模块输入设置参数，通过参数的设置实现对被测载体(涂覆有吸波材料的微波设备)在涂覆上吸波材料后或者在涂覆吸波材料使用一段时间后所测得的吸波性能参数。显示模块也可以显示数据处理模块处理后的结果。
在测试中，本发明的涂敷型吸波材料性能检测设备的工作步骤如下：
第一步：连接设备，将传感器通过延时电缆与环行器连接；
第二步：打开检测设备，启动控制单元；
第三步：根据延时电缆长度确定脉冲调制信号和开关选通信号的参数，通过输入输出模块设置检测设备工作参数；
第四步：通过主机控制模块控制检测设备主机开始采集，等待采集完毕；
第五步：数据采集、处理软件载入定标模块，按照反射率计算方法 得出各点的反射率后，存储数据并显示、打印、输出。式中：频率为F时，衰减器衰减Pi时对应低频信号采样电平为ai，衰减Pi+1时对应低频信号采样电平为ai+1，若Pi＜Pi+1，则有ai＞ai+1。设测量吸波材料时低频信号采样电平为a。
对于本发明的信号产生、发射、接收、测试将通过下列的详细来表达：
本发明的涂敷型吸波材料性能检测设备，该检测设备由控制单元(11)、发射单元(12)、接收单元(10)、延时电缆(13)、传感器(14)和环行器(8)组成。所述控制单元(11)包括数据采集、处理模块、定标模块、微处理器、输入输出模块和时序发生器；所述发射单元(12)包括信号源、功分器、功率放大器、脉冲调制器；所述接收单元(10)包括射频开关、混频器、低通滤波器、放大器。
所述控制单元(11)的微处理器根据输入输出模块设置的参数，输出频率控制信号(1)给信号发射单元(12)的信号源，由信号源生成所需发射的射频信号(2)，射频信号(2)经功分器分为两路，一路给接收单元(10)的混频器作为本振信号(6)；另一路经过发射单元(12)的功率放大器放大后输入脉冲调制器，与控制单元(11)的时序发生器产生的脉冲调制信号(4)进行调制，调制后的射频信号(3)经环行器(8)、延时电缆(13)、传感器(14)入射到涂覆有被测吸波材料的物体表面，由材料反射回来的信号经传感器(14)、延时电缆(13)回传给环行器(8)，经环行器(8)后的反射信号(9)进入接收单元(10)的射频开关，控制单元(11)的时序产生器产生开关选通信号(5)控制射频开关的通断，对接收到的反射信号(9)进行选取，进入混频器，与本振信号(6)混频后经过滤波器滤出低频信号(7)，经过放大后给控制单元(11)的数据采集、处理模块，数据采集、模块载入定标模块，处理后得出被测材料的吸波性能曲线，通过显示模块显示出来
在本发明中，检测设备硬件结构框图如图1所示，本发明中的电路为普通结构形式，故不作详细说明。
在本发明中，涂敷型吸波材料性能检测设备的测试方法，该方法包含下列步骤：A)根据延时电缆(13)长度确定脉冲调制信号和开关选通信号的参数；B)测试被测吸波材料，并将各频率下接收单元(10)输出的低频信号传输给控制单元(11)的数据采集、处理单元；C)控制单元(11)的数据采集、处理模块载入定标模块，根据公式
计算得到被测吸波材料在各频率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰减值，a表示低频信号的采集电平。即可得到材料的吸波性能曲线。D)控制单元(11)的微处理器根据输入输出单元设置的显示参数控制显示单元显示测试结果。
在本发明中，为了避免终端驻波的影响，本发明人设计时序发生器的时序结构如下，脉冲调制信号的周期和脉宽，开关选通信号的位置取决于延时电缆的长度。设脉冲调制信号周期为T，脉宽T1，回波延时τ，开关选通信号延时T2，脉冲(包络)的时序如图2所示。经过脉冲调制和距离延时后，射频开关仅输出材料的反射波，从而避免了驻波的影响。
在本发明中，控制单元的数据采集、处理模块执行如下过程(请参见图3所示)：设备就绪后，运行控制单元内的数据采集、处理模块，数据采集、处理模块在初始化过程中载入定标模块，等待开始采集的命令，若接收到开始采集的命令，则开始采集，待采集结束后，读入采集数据，然后按照“定标模块”及“反射率公式”进行数据处理，将处理结果存储并显示输出，本次测试结束。
本发明的检测设备中，吸波材料的吸波性能通过其反射率来表征。由于回波功率和低频信号采样电平之间存在单调、一一对应的关系，因此，可以在终端为良导体平面时，在信号源后加入衰减器，使用衰减器步进衰减，此时，可以认为加在信号源后的衰减等同于在终端有吸波材料作用的情况。以不接入衰减器时良导体平面的反射率作为0dB，以接入衰减器后各衰减值等效为吸波材料的反射率。在各衰减值上，采集输出电平对频率的值，从而在其动态范围内，可以得到一个二维表，其每行的各值为固定衰减时各频点对应的输出电平，列的各值为固定频点下各衰减值对应的输出电平。由此即得各频点处吸波材料的反射率和采集值之间的对应关系。
在本发明中，因传感器固定，故对于良导体平面，其值只需在系统出厂定标时测量一次。测量吸波材料的反射率时，对采集到的值通过已测得的二维表查表并进行线性插值的方法求得对应的反射率。即：若频率为F时，衰减器衰减Pi时对应低频信号采样电平ai，衰减Pi+1时对应低频信号采样电平为ai+1，若Pi＜Pi+1，则有ai＞ai+1。设测量吸波材料时低频信号采样电平a，则对应反射率P为 (dB)据此得出各个频点的反射率。
为了证明本发明测试装置的有效性，对同一种吸波材料样板在8～17GHz进行测试，其测试结果如表1所示。
表1同一种吸波材料样板的实测数据和暗室测试数据对比表
| 频点(GHz) | 暗室数据(dB) | 实测数据(dB) | 频点(GHz) | 暗室数据(dB) | 实测数据(dB) |
| 8 | -13.07 | -12.96 | 13 | -6.40 | -6.85 |
| 9 | -14.99 | -13.80 | 14 | -5.72 | -6.67 |
| 10 | -11.99 | -12.03 | 15 | -5.14 | -5.71 |
| 11 | -8.85 | -7.89 | 16 | -4.80 | -4.67 |
| 12 | -7.35 | -7.40 | 17 | -4.58 | -4.42 |
从上表可知，采用本发明的测试装置所测得的结果与在暗室里测试的结果误差在±1dB以内。以此证明本发明的涂敷型吸波材料性能检测设备所测结果可正确反映吸波材料的吸波性能。
Claims (6)
1、一种涂敷型吸波材料性能检测设备，包括控制单元、发射单元、接收单元、环行器、延时电缆和传感器，其特征在于：环行器与传感器使用延时电缆连接。
所述检测设备由控制单元(11)、发射单元(12)、接收单元(10)、延时电缆(13)、传感器(14)和环行器(8)组成，所述控制单元(11)包括数据采集、处理模块、定标模块、微处理器、输入输出模块和时序发生器；所述发射单元(12)包括信号源、功分器、功率放大器、脉冲调制器；所述接收单元(10)包括射频开关、混频器、低通滤波器、放大器。
2、根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于：所述控制单元(11)的微处理器根据输入输出模块设置的参数，输出频率控制信号(1)给信号发射单元(12)的信号源，由信号源生成所需发射的射频信号(2)，射频信号(2)经功分器分为两路，一路给接收单元(10)的混频器作为本振信号(6)；另一路经过发射单元(12)的功率放大器放大后输入脉冲调制器，与控制单元(11)的时序发生器产生的脉冲调制信号(4)进行调制，调制后的射频信号(3)经环行器(8)、延时电缆(13)、传感器(14)入射到涂覆有被测吸波材料的物体表面，由材料反射回来的信号经传感器(14)、延时电缆(13)回传给环行器(8)，经环行器(8)后的反射信号(9)进入接收单元(10)的射频开关，控制单元(11)的时序产生器产生开关选通信号(5)控制射频开关的通断，对接收到的反射信号(9)进行选取，进入混频器，与本振信号(6)混频后经过滤波器滤出低频信号(7)，经过放大后给控制单元(11)的数据采集、处理模块，数据采集、模块载入定标模块，处理后得出被测材料的吸波性能曲线，通过显示模块显示出来。
3、根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于：所述传感器采用喇叭口面天线，电压驻波比≤1.5。
4、根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于：定标模块包括一个二维表格，二维表中行表示固定衰减时各频点对应的输出电平，列表示固定频点下各衰减值对应的输出电平。
5、根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于：数据采集、处理模块根据公式
计算被测吸波材料的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰减值，a表示低频信号的采集电平。
6、一种涂敷型吸波材料性能的测试方法，该方法利用涂敷型吸波材料性能检测设备，该设备包括控制单元、发射单元、接收单元、环行器、延时电缆和传感器。
所述检测设备由控制单元(11)、发射单元(12)、接收单元(10)、延时电缆(13)、传感器(14)和环行器(8)组成，所述控制单元(11)包括数据采集、处理模块、定标模块、微处理器、输入输出模块和时序发生器。
测试方法包含下列步骤：
A)根据延时电缆(13)长度确定脉冲调制信号和开关选通信号的参数；
B)测试被测吸波材料，并将各频率下接收单元(10)输出的低频信号传输给控制单元(11)的数据采集、处理单元；
C)控制单元(11)的数据采集、处理模块载入定标模块，根据公式 计算得到被测吸波材料在各频率下的反射率，式中，P表示反射率，Pi表示衰减值，a表示低频信号的采集电平。即可得到材料的吸波性能曲线。
D)控制单元(11)的微处理器根据输入输出单元设置的显示参数控制显示单元显示测试结果。
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