CN102798639A

CN102798639A - 一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器

Info

Publication number: CN102798639A
Application number: CN2012102904124A
Authority: CN
Inventors: 彭刚; 王平; 薛昀
Original assignee: BEIJING CEWEI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Chongqing Survey Technology Co., Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102798639B

Abstract

本发明提供了一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，包括测试仪主机、连接电缆和微波探头，主机和微波探头之间通过连接电缆连接，主机用于控制仪器以及测试数据的采集、处理、存储、显示；微波探头用于微波信号的生成、发射和预处理，集成了微波电路和微波发射/接收前端，能够产生微波信号并通过微波发射/接收前端向吸波涂料发射，接收反射回波进行处理后生成包含反射率信息的中频信号；连接电缆用于信号传输以及供电，包括中频信号传输线、数字信号传输线及供电线。本发明由于微波探头与主机之间不再传递微波信号，减少了电缆对信号的衰减以及测量误差，同时单一主机配多部探头，且只在探头部分区分频段，以实现宽带测量。

Description

一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，尤其涉及一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器。

背景技术

微波吸收涂料(简称吸波涂料)主要用于涂敷在某些设备表面，用于吸收照射到物体表面的微波(电磁波)的能量，从而减小物体表面对电磁波的反射。

为衡量吸波涂料的性能，在“GJB 2038-1994雷达吸波材料反射率测试方法”中定义了吸波涂料的反射率，其用定量描述吸波涂料吸收电磁波的能力，并规定了反射率测量的样件要求和测量方法，即在实验室中通过测量一面涂敷有吸波涂料的金属平板试验样件的手段来评估吸波涂料的反射率。

吸波涂料在涂敷到物体表面后，由于气候、老化等原因，其吸波性能会逐渐下降，甚至不再起到吸波的作用，但是对于已经涂敷在物体表面的吸波材料，由于无法拆除(拆除即破坏)，所以没有办法在实验室中应用上述方法来测量实际使用中吸波涂料的性能，只能通过专门的吸波涂料反射率现场测试仪对其吸波性能进行检测评估。

目前，存在两种方法对涂覆于物体表面的吸波涂料性能进行检测。一种是采用矢量网络分析仪进行吸波涂料反射率性能现场测试的工作方式，如图1所示，矢量网络分析仪主机通过端口连接一根微波电缆，微波电缆的另外一端连接一个喇叭天线或波导等器件作为微波探头。在进行测量时，将微波探头贴在被测吸波涂料上，矢量网络分析仪主机产生的微波信号经微波电缆后通过微波探头向吸波涂料反射，部分电磁波能量被吸波涂料吸收，剩余的能量反射回来，再被微波探头接收，供矢量网络分析仪主机进一步的处理及分析从而测量反射率。其中微波探头只是作为一个微波信号传输、辐射、接收的通道。

另一种是采用一种专用的现场测量设备，包括吸波涂料反射率现场测量仪主机、微波电缆、传感器和控制计算机，由主机生成相应频段的微波信号，并经过脉冲调制(脉冲参数根据微波电缆的长度进行设计)后经微波电缆、传感器(采用波导同轴转换)入射到材料表面，经材料反射后的信号再经传感器、微波电缆传回主机，主机对回波信号直接进行检波，并转为数字信号采集，上传至控制计算机进行标定处理，从而得到材料的反射率。

但从实际应用的角度出发，上述两种测量方式均存在一些问题，限制了这两种方法的工程应用：

1、微波电缆对微波信号具有损耗效果，并且频率越高，损耗越大，因此主机与微波探头之间的微波电缆的长度受到限制，一般最长只能有3-5米，满足不了很多现场测量的需求(要求电缆长度10米以上)。

2、每一个微波探头只能工作在一个特定的频段，进行其他频段的测量时，需要更换微波探头。在更换不同频段的微波探头时，需要反复拆装微波电缆，微波电缆很容易由于磨损而导致性能下降，增大对微波信号的损耗，从而造成测量误差。

3、实际应用中，一般需要在物体的多个位置上进行测量，操作者需要拿着微波探头在几米到十几米的范围内移动。微波信号从测试仪主机发出，通过微波电缆传输到微波探头，由于微波信号的频率很高(波长很短)，微波电缆的弯曲和微波接头的松紧都会对微波信号的相位造成较大影响，会带来校准或测量的误差。

4、矢量网络分析仪是一种通用设备，其测量数据无法直观的显示出吸波涂料的反射率性能，必须将数据读取出来，然后在电脑中通过专门编写的软件进行再次处理才能获取结果，操作过程麻烦，对使用者具有较高的专业技术要求。

由于上述缺点，上述两种测量方法实际上是无法满足实际工程应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明采用一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其用于在现场对已经涂敷在物体表面上的吸波涂料进行测量评估的一种专用仪表设备，非常适合于吸波涂料反射率现场测量的工程应用。

本发明提出了一种一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，包括测试仪主机100、连接电缆200和微波探头300，其中主机100和微波探头300之间通过连接电缆200连接，所述主机100，用于整个仪器的控制以及测试数据的采集、处理、存储、显示；所述微波探头300，用于微波信号的生成、发射和预处理，所述微波探头集成了微波电路和微波发射/接收前端，能够产生微波信号并通过微波发射/接收前端向被测的吸波涂料发射，然后接收反射回来的信号进行初步处理后生成包含吸波涂料反射率信息的中频信号；所述连接电缆200，用于中频信号、数字信号等的传输以及对微波探头300的供电，其包括中频信号传输线、数字信号传输线及供电线，不包括微波电缆。

进一步，所述主机100包括系统主控模块、显示模块、数据采集模块、电源管理模块和人机交互模块。系统主控模块运行专用的控制及数据处理软件，操作者通过测试仪主机上的人机交互模块控制仪器的运行，显示模块显示系统操作界面、工作状态和测量结果，电源管理模块为整套仪器提供电力，数据采集模块对所述微波探头传回的中频信号进行采集，由系统主控模块进行处理。

进一步，所述微波探头300还具备人机交互功能，用于控制测试的开始以及计数。

进一步，按工作频段不同设计多种微波探头300，并根据需要选择连接在连接电缆200上的微波探头300。

进一步，所述中频信号传输线用于将微波探头300上生成的中频信号从微波探头300传输到测试仪主机100，所述数字信号传输线用于传输主机100和微波探头300之间的通信信号，主机100通过所述供电线为微波探头300供电。

进一步，所述主机100还包括电池，主机能够选择直接采用电池供电或利用插座直接接外部电源供电。

进一步，所述微波探头300的前端口面以及波导腔体能够根据需要进行设计。

通过本发明提出的方案，本发明实现了以下效果：

1、由于将微波信号的相关电路集成到了微波探头上，微波探头与测试仪主机之间的连接电缆只需要传输中频信号和数字信号，电缆对中频信号及数字信号的衰减极小，因此电缆可以长达几十米。

2、由于反复拆装探头造成的磨损，对于传输中频及数字信号的影响远小于对于传输微波信号的影响，对测量造成的误差可以忽略不计。

3、由于中频信号的频率远低于微波信号(1000倍以上)，信号波长远大于微波信号的波长，由于电缆弯曲、接头松动等所造成的信号相位变化是使用微波电缆时的千分之一以下，可以忽略不计，从而能够减小测量误差。

4、采用单一主机配多部微波探头，且只在探头部分区分频段，从而现宽带测量的设计。

5、主机可以采用电池供电或直接由电源插座供电，从而便于户外现场测量。

附图说明

图1示出了采用矢量网络分析仪进行吸波涂料反射率性能现场测试的工作方式。

图2示出了本发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的工作方式。

图3示出了本发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的立体图。

图4示出了发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的功能框图。

图5示出了发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器中的主机的具体实施方式。

图6示出了连接电缆的一种具体实施方式。

图7示出了微波探头的立体图。

图8示出了去除探头盒体后的微波探头内的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提出了一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器。

图2示出了本发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的工作方式。吸波涂料反射率性能现场测试仪主机通过测试电缆连接微波探头。在对吸波涂料进行测量时，由微波探头生成微波信号，发射至吸波涂料表面，并接收回波信号，经微波探头的处理后，形成包含吸波涂料反射率信息的中频信号，经连接电缆传回测试仪主机，由测试仪主机对这一中频信号进行采集，再根据处理算法得到吸波涂料的反射率。

图3示出了本发明所设计的一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的立体图。一种用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器包括主机100、连接电缆200和微波探头300，其中主机100和微波探头300之间通过连接电缆200连接。

主机100负责整个仪器的控制以及测试数据的采集、处理、存储、显示等，包括系统主控模块、显示模块、数据采集模块、电源管理模块和人机交互模块。系统主控模块运行专用的控制及数据处理软件，操作者通过测试仪主机上的人机交互模块控制仪器的运行，显示模块显示系统操作界面、工作状态和测量结果，电源管理模块为整套仪器提供电力，数据采集模块对所述微波探头传回的中频信号进行采集，由系统主控模块进行处理，将处理结果存储，并在显示模块上显示。主机内可以含有电池，以便于户外现场的测量，实现便携式设计；主机也可以利用插座直接接外部电源。

微波探头300主要负责微波信号的生成、发射和预处理，集成有微波电路和微波发射/接收前端，能够产生微波信号并通过微波发射/接收前端向被测的吸波涂料发射，然后接收反射回来的信号进行初步处理，生成包含吸波涂料反射率信息的中频信号。另外，微波探头还可以具备一定的人机交互功能，可以进行控制测试的开始、计数等简单操作。微波探头按工作频段不同可以有多种微波探头，但工作时只能连接一种微波探头，更换探头不需更换系统主机和连接电缆，从而实现宽带测量的设计。

连接电缆200主要负责控制信号、数字信号等的传输以及微波探头300的供电，其包括中频信号传输线、数字信号传输线及供电线，其中的中频信号传输线用于将微波探头300上生成的中频信号从微波探头300传输到测试仪主机100中；数字信号传输线用于传输主机100和微波探头300之间的通信信号；主机100通过连接电缆200中的供电线为微波探头300供电。

图4示出了发明所设计的用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器的功能框图。外部供电线路与电源管理模块105相连，当外部提供电源时，电源管理电路105自动选择由外部电源对整个仪器的各个部件进行供电，当主机100内包括电池时，可以同时对电池104进行充电(同时对电池剩余电量进行监控，充满后自动停止充电)；当没有外部电源时，由电源管理电路105控制电池104为整个仪器的各个部件供电，同时也对电池的剩余电量进行监控，当电量过低时向系统主控模块106上的主控软件发出警告信号。系统主控模块106将软件界面、测量结果、系统状态等信息通过显示总线传送给显示模块103(例如液晶屏)，并在显示模块103上进行显示。操作者可以通过人机交互模块102上的按键对该仪器进行控制，按键信息通过按键总线传送给系统主控模块106，在系统主控模块106上运行的软件中对按键操作进行处理。人机交互模块102上还可以设置标准的USB接口，这些接口与系统主控模块106上的USB接口直接相连。系统主控模块106通过控制及数据传输总线与数据采集模块107相连，系统主控模块106通过控制及数据传输总线对数据采集模块107的工作状态进行设置，数据采集模块107采样获取的中频回波数据通过控制及数据传输总线传送给系统主控模块106，系统主控模块106在软件中对数据做进一步的处理。数据采集模块107对外通过连接电缆200与微波探头300直接相连。

图5示出了发明所设计的用于吸波涂料反射率性能现场测试的仪器中的主机的一种具体实施方式。具体地，主机100在结构上包括主机箱体501、面板502、液晶屏503、电池504、电源管理电路505、工控机506、数据采集电路507。电池504、电源管理电路505、工控机506、数据采集电路507可以安装在主机箱体501内，液晶屏503安装于面板502上，面板502上还可以设置有供人机交互使用的功能按键、连接电缆插座、交流供电插座等。专用的控制及数据处理软件安装于工控机内，完成测试仪控制，数据采集、处理、显示、存储等工作。

图6示出了连接电缆的一种具体实施方式。在此实例中，连接电缆200包括电缆接头201、电缆接头202、电缆线203。电缆接头201和202完全相同，其采用模拟信号/数字信号混装接头。电缆线203内部包含多股电缆，包括数字信号传输线、中频信号传输线及供电线。通过焊接的方式，将电缆线内部的各种电缆分别与电缆接头上对应性质的插座相连。

图7示出了微波探头的一种具体实施方式。在此实例中，微波探头包括探头盒体301、探头电路302以及探头前端303。其中探头电路302放置于探头盒体301中，探头前端303的顶部嵌入探头盒体301，探头电路302的信号输出/输入端与探头前端303的信号输入/输出端在探头盒体301中连接起来。其中探头电路302用于产生受控制的微波信号，并对信号进行预处理，然后经微带-波导转换电路将信号通过所述探头前端303向外发射，探头电路302还用于经所述微带-波导转换电路接收被吸波涂料反射的微波信号，对其处理后得到两路包含有幅度相位信息的中频信号，并通过连接电缆200传输给主机100。在探头盒体301的顶盖上可以根据需要安装数码管、LED灯、按钮等探头附件。

图8示出了去除探头盒体后的微波探头的结构图，其示出了在探头盒体301的内部，探头电路302、探头盒体的对外信号接头308、探头前端的波导盖307、探头前端的安装座304、探头前端的导波腔体305、探头前端的法兰306等几个部件的组装方式。探头电路302安装固定在探头盒体301的主体内部，其一端嵌入在探头前端的波导盖307和探头前端的安装座304之间。探头前端的波导盖307正好压在探头电路302上的微带-波导转换所处位置的背面，微带-波导转换的中心正对探头前端的安装座304的中心。探头电路302对外连接的信号线连接到探头盒体的对外信号接头308上，实现与外部的信号传输。

对吸波涂料进行测量时，由微波探头300生成微波信号，发射至吸波涂料表面，并接收回波信号，经微波探头300的处理后，形成包含吸波涂料反射率信息的中频信号，经连接电缆200传回主机100，由主机对所述中频信号进行采集，再根据处理算法得到吸波涂料的反射率。反射率数据可以直接进行显示，并以文件的形式存储在测试仪主机内。

在这种设计方式下，主机所处理的信号不限制微波前端的硬件结构，因此当使用具有不同功能、不同工作参数的微波探头与主机搭配工作时，可以实现不同的测量功能，而不用更换主机。例如进行不同频段的测量时，只需要更换对应工作频段的微波探头即可实现；对特殊种类吸波涂料进行测量时，只需要搭配具有专门设计的探头前端导波结构的微波探头即可实现；对特殊形状的物体表面进行测量时，搭配使用探头前端口面经过特殊设计的微波探头即可实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，包括测试仪主机(100)、连接电缆(200)和微波探头(300)，其中主机(100)和微波探头(300)之间通过连接电缆(200)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于：

所述主机(100)，用于整个仪器的控制以及测试数据的采集、处理、存储、显示；

所述微波探头(300)，用于微波信号的生成、发射和预处理，所述微波探头集成了微波电路和微波发射/接收前端，能够产生微波信号并通过微波发射/接收前端向被测的吸波涂料发射，然后接收反射回来的信号进行初步处理后生成包含吸波涂料反射率信息的中频信号；

所述连接电缆(200)，用于中频信号、数字信号等的传输以及对微波探头(300)的供电，其包括中频信号传输线、数字信号传输线及供电线，不包括微波电缆。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，所述主机(100)包括系统主控模块、显示模块、数据采集模块、电源管理模块和人机交互模块，其中系统主控模块运行专用的控制及数据处理软件，操作者通过测试仪主机上的人机交互模块控制仪器的运行，显示模块显示系统操作界面、工作状态和测量结果，电源管理模块为整套仪器提供电力，数据采集模块对所述微波探头传回的中频信号进行采集，并交由系统主控模块进行处理。

4.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，所述微波探头(300)还具备人机交互功能，用于控制测试的开始以及计数。

5.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，按工作频段不同设计多种微波探头(300)，并根据需要选择连接在连接电缆(200)上的微波探头(300)。

6.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，所述中频信号传输线用于将微波探头(300)上生成的中频信号从微波探头(300)传输到测试仪主机(100)，所述数字信号传输线用于传输主机(100)和微波探头(300)之间的通信信号，主机(100)通过所述供电线为微波探头(300)供电。

7.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，所述主机(100)还包括电池，主机能够选择直接采用电池供电或利用插座直接接外部电源供电。

8.根据权利要求1所述的一种用于吸波涂料反射率性能现场测量的仪器，其特征在于，所述微波探头(300)的前端口面以及波导腔体能够根据需要进行设计。