CN102141430B - 声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法和系统。电磁波源产生的单频载波信号，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收。声波源产生音频信号，经由电声换能器转换为大功率、高指向性声波束，照射待测样件，使待测样件产生机械振动。当声波的频率等于待测样件的谐振频率时，待测样件的机械振动幅度最大。待测样件的机械振动对电磁波产生幅度调制，使频谱图中载波两侧出现旁瓣。通过频谱仪观察载波两侧的旁瓣，旁瓣幅度最大时所对应的声波频率，就是待测样件的谐振频率。本发明在不损坏、不接触被测样件的情况下，准确地测量出各种待测样件的谐振频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种声波和电磁波协同工作方法和系统，尤其是涉及一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法和系统。
背景技术
谐振频率，又称固有频率，是指由于物理系统本身组成材料和结构尺寸等原因而具有的频率。对于一个物理系统而言，当外界策动力的频率和其谐振频率相同时，该系统受迫振动振幅最大。一般来说一个系统（不管是力学的、声响的还是电子的）有多个谐振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难。
传统的谐振频率测量方法包括简谐力激振法、锤击法和自谱分析法等。简谐力激振法和锤击法存在损坏被测样件的风险；而自谱分析法实施困难，并且只适用于特定结构的待测样件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法和系统，在不损坏、不接触被测样件的情况下，准确地测量出各种待测样件的谐振频率。
本发明采用的技术方案是：
一、一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法：
电磁波源产生的单频载波信号，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源产生音频信号，经由电声换能器转换为大功率、高指向性声波束，照射待测样件，使待测样件产生机械振动，当声波的频率等于待测样件的谐振频率时，待测样件的机械振动幅度最大；待测样件的机械振动对电磁波产生幅度调制，使频谱图中载波两侧出现旁瓣；通过频谱仪观察载波两侧的旁瓣，旁瓣幅度最大时所对应的声波频率，就是待测样件的谐振频率。
二、一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的系统：
包括电磁波源、发射天线、接收天线、频谱仪、声波源和电声换能器；电磁波源接发射天线，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；频谱仪接接收天线，待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源接电声换能器，经由电声换能器转换为频率可调的单频声波束照射待测样件，使待测样件产生机械振动。
所述的待测样件为任一系统或者器件。
本发明具有的有益效果是：
本发明实施方便简单，在不损坏、不接触被测样件的情况下，准确地测量出各种待测样件的谐振频率。
附图说明
图1是本发明实现的原理框图。
图2是未发射声波时接收电磁波的频谱图。
图3是谐振时接收电磁波的频谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，包括电磁波源、发射天线、接收天线、频谱仪、声波源和电声换能器；电磁波源接发射天线，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；频谱仪接接收天线，待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源接电声换能器，经由电声换能器转换为大功率、高指向性频率可调的单频声波束照射待测样件，使待测样件产生机械振动。
所述的待测样件为任一系统或者器件。
A)电磁波源产生的单频载波信号，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；
B)待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收。
C)声波源产生音频信号，经由电声换能器转换为大功率、高指向性的声波束，照射待测样件，使待测样件产生机械振动，当声波的频率等于待测样件的谐振频率时，待测样件的机械振动幅度最大。
D)待测样件的机械振动对反射的电磁波产生幅度调制，使载波两侧出现旁瓣；通过频谱仪观察载波两侧的旁瓣，旁瓣幅度最大时所对应的声波频率，就是待测样件的谐振频率。
在本发明测量系统中：
电磁波源使用商业射频信号源，如安捷伦公司生产的E8267C。
发射天线和接收天线使用偶极子等常用天线。
频谱仪使用商业频谱分析仪，如安捷伦公司生产的E4407B。
声波源使用计算机声卡，如创新公司生产的USB外置声卡X-Fi Surround 5.1；或者使用商业低频信号源，如安捷伦公司生产的33210A。
电声换能器使用大功率喇叭，如惠威TN28和反射面天线，如中卫(JONSA)卫星天线KU锅面。
图2为演示实验中，2.45GHz的单频电磁波照射到静止的待测样件上时，被待测样件反射的电磁波的频谱。该频谱只在2.45GHz处存在波峰。
图3为演示实验中，2.45GHz单频电磁波和3kHz声波束同时照射到待测样件上时，被待测样件反射的电磁波的频谱。该频谱在2.45GHz的载波两侧相距3kHz处出现旁瓣。该旁瓣的幅度，是不同频率声波所能引起的旁瓣的最大值，即演示实验中的待测样件的谐振频率为3kHz。
信号工作途径如下: 电磁波源产生的单频载波信号，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源产生音频信号，经由电声换能器转换为大功率、高指向性的声波束，照射待测样件，使待测样件产生机械振动，当声波的频率等于待测样件的谐振频率时，待测样件的机械振动幅度最大；待测样件的机械振动对反射的电磁波产生幅度调制，使频谱图中载波两侧出现旁瓣；通过频谱仪观察载波两侧的旁瓣，旁瓣幅度最大时所对应的声波频率，就是待测样件的谐振频率。
Claims (3)
1.一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的方法，其特征在于：电磁波源产生的单频载波信号，经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源产生音频信号，经由电声换能器转换为大功率、高指向性声波束，照射待测样件，使待测样件产生机械振动，当声波的频率等于待测样件的谐振频率时，待测样件的机械振动幅度最大；待测样件的机械振动对电磁波产生幅度调制，使频谱图中载波两侧出现旁瓣；通过频谱仪观察载波两侧的旁瓣，旁瓣幅度最大时所对应的声波频率，就是待测样件的谐振频率。
2.根据权利要求1所述方法的一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的系统，其特征在于：包括电磁波源、发射天线、接收天线、频谱仪、声波源和电声换能器；电磁波源接发射天线，电磁波源产生的单频载波信号经发射天线转换为电磁波，照射待测样件；频谱仪接接收天线，待测样件反射的电磁波经接收天线接收后，被频谱仪接收；声波源接电声换能器，声波源产生的音频信号经由电声换能器转换为频率可调的单频声波束照射待测样件，使待测样件产生机械振动。
3.根据权利要求2所述的一种声波和电磁波协同无线测量样件谐振频率的系统，其特征在于：所述的待测样件为任一系统或者器件。
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