CN103245315A - 远距离微位移测量系统 - Google Patents

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Abstract

远距离微位移测量系统是在被测点用相干有源反射器代替发明专利技术ZL20031011925.9中的角反射器；从相干有源反射器反射回来的信号与发射信号相干；相干有源反射器分为：相干同频有源反射器，其原理是被测点收发天线接收信号经环形器隔离，放大，再经环形器回到收发天线，发向测量点。测量点比较收发信号相位得到微位移测量。相干异频有源反射器的原理如附图所示；发端设备9的振荡器12产生频率f1，经带通功率放大器14和天线16向相干异频有源反射器10的天线17发射信号，经带通低噪声放大器18送到相干频率变换器11把频率f1变换为相干的f2，经带通功率放大器19和17发向16，经带通低噪声放大器15送到鉴相器13，与发端的11输出鉴相得到微位移量20。

Description

远距离微位移测量系统
技术领域：测量仪器领域 
背景技术：
发明专利ZL20031011925.9“一种微位移测量技术”得到很好应用，各行业需求与日俱增；但在用户反馈意见中出现新的需求，突出的问题是当测量点与被测点距离增大时，接收信号很快就降低到测量系统灵敏度以下，不能测量了；例如距离增大10倍，同等条件下角反射器反射回来的信号就要减弱10000倍！这时角反射器和天线尺寸或发射功率都需很大，经常是实际工程不允许的，为此，本发明提出用有源反射器代替角反射器的远距离微位移测量技术。 
发明内容：
在远距离微位移测量系统中，从相干有源反射器反射回来的信号与从角反射器反射回来的信号一样与发射信号相干；相干有源反射器分为基于环形器的相干同频有源反射器和基于锁相环频率变换的相干异频有源反射器，分述如下： 
基于相干同频有源反射器的微位移测量系统如图1所示，测量点处的收发信道和信号处理设备1经发射天线2向相干同频有源反射器4的收发天线5发射信号；5将接收到的信号经环形器6送到带通低噪声放大器7，7的输出信号送到带通功率放大器8；8的输出又经6送到5发回1；1比较收发信号相位得到微位移测量。 
基于相干异频有源反射器的微位移测量系统如图2所示，测量点处的单天线的异频收发信道和信号处理设备9的振荡器12产生频率f1，经带通功率放大器14和收发天线16向相干异频有源反射器10的收发天线17发射信号，17将接收到的信号经带通低噪声放大器18放大后送到10的相干 频率变换器11，11将频率f1变换为相干的f2，经带通功率放大器19和收发天线17发向16，经带通低噪声放大器15放大后送到微波鉴相器13，再与9的相干频率变换器11的输出鉴相，得到微位移测量20。 
11的原理如图3所示；26、27、28、29构成锁相环，环路锁定下，简单推算得： f 2 = N 4 N 1 ± N 2 ± N 3 f 1 , 且f2与f1相干。 
附图说明：
在图1中1是测量点处的收发信道和信号处理设备；2是发射天线；3是接收天线；4是相干有源反射器；5是收发天线；6是环形器；7是带通低噪声放大器；8带通功率放大器；在图2中9是测量点处的单天线的异频收发信道和信号处理设备；10是相干异频有源反射器；11是相干频率变换器；12是频率为f1的振荡器；13是微波鉴相器；14是9的频率为f1的带通功率放大器；15是9的频率为f2的带通低噪声放大器；16是9的收发天线；17是10的收发天线；18是10的频率为f1的带通低噪声放大器；19是10的频率为f2的带通功率放大器；20是微位移测量输出；在图3中21是11的输入频率f1；22是混频器M1；23是中频放大器IFA1；24是混频器M2；25是中频放大器IFA2；26是鉴相器PD；27是环路滤波器LF；28是压控振荡器VCO；29是倍频器xN3；30是倍频器xN2；31是倍频器xN1；32是倍频器xN4；33是11的输出频率f2。 
实施测量方式： 
当测点与被测点的距离较近，角反射器和天线尺寸或发射功率都为实际工程接受时，采用基于无源角反射器的微位移测量系统，即发明专利ZL20031011925.9； 
当测点与被测点的距离增大，角反射器和天线尺寸或发射功率都为实际 工程不接受时，采用基于相干有源反射器的微位移测量系统； 
对图1所示的相干同频有源反射系统，一般情况下7和8两级总增益G小于6的隔离度(25至30dB)与电缆(含接头)损耗之和L，即在G＜L情况下，不会自激振荡；在G＞L情况下，若出现自激振荡，适当调整7、8的输入输出电缆长度，从而调整相位，往往可抑制正反馈自激振荡；在实际工程中为使系统长期稳定可靠，7和8两级总增益G以G＜L为宜；这就限制了这种微位移测量系统的灵敏度，在接收天线5与角反射器有效接收面积相同和其他同等条件下可增加作用距离4倍左右。 
相干异频有源反射系统如图2所示，为了进一步提高灵敏度和抑制发收窜扰，要提高微波带通滤波器BPF的阻带衰减；另外，可用一辅助频率将微波鉴相器13二输入频率f2混频为中频fIF，再经中频滤波器送到中频鉴相器进行鉴相，这样用中频滤波器和微波带通滤波器的阻带衰减可很好抑制发收窜扰(例如抑制80-100dB以上)，在收发天线17与角反射器有效接收面积相同和其他同等条件下可增加作用距离100倍以上，当然复杂度和成本也高一些。 

Claims (3)

1.一种远距离微位移测量系统，该系统由测量点处的收发信道和信号处理设备和被测点处的相干有源反射器构成；其特征在于从相干有源反射器反射回来的信号与发射信号相干，比较收发信号相位得到微位移量；相干有源反射器分为基于环形器的相干同频有源反射器和基于锁相环频率变换的相干异频有源反射器。
2.根据权利要求1，基于相干同频有源反射器的微位移测量系统的特征在于：测量点处的收发信道和信号处理设备1经发射天线2向相干同频有源反射器4的收发天线5发射信号；5将接收到的信号经环形器6送到带通低噪声放大器7，7的输出信号送到带通功率放大器8；8的输出又经6送到5，发回1，再与发信号鉴相得到微位移测量。
3.根据权利要求1，基于相干异频有源反射器的微位移测量系统的特征在于：测量点处的单天线的异频收发信道和信号处理设备9的振荡器12产生频率f1，经带通功率放大器14和收发天线16向相干异频有源反射器10的收发天线17发射信号，经带通低噪声放大器18放大后送到10的相干频率变换器11，11将频率f1变换为相干的f2，经带通功率放大器19和收发天线17发向16，经带通低噪声放大器15放大后送到微波鉴相器13，与11的输出鉴相得微位移测量。
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