CN103675475A

CN103675475A - 高灵敏度电磁辐射检测装置

Info

Publication number: CN103675475A
Application number: CN201210321241.7A
Authority: CN
Inventors: 刘珊; 王新安; 林科; 胡桐宁; 李守成; 彭毅; 张津海
Original assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Current assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度电磁辐射检测装置。包括天线、低噪声放大器、超再生振荡器、熄灭信号发生模块、基带信号处理模块、模数转换器和数据处理模块。其中，天线、低噪声放大器、基带信号处理模块、超再生振荡器、基带信号处理模块、模数转换器、数据处理模块依次相连；熄灭信号发生模块与超再生振荡器相连，控制超再生振荡器工作状态。其中，采用超再生振荡器对检测到的电磁辐射信号进行放大，引入的噪声小，提高了装置的灵敏度。电磁辐射信号作为激励输入到超再生振荡器使其快速起振，信号能量越大，起振越快，振幅越大。通过检测起振时间和振幅大小，可以判断电磁辐射能量大小。

Description

高灵敏度电磁辐射检测装置

技术领域

本发明专利涉及一种高灵敏度电磁辐射检测装置，具体涉及通过超再生振荡器将天线接收的微弱的电磁辐射信号放大、处理，并具备高灵敏度的电磁辐射检测装置。

背景技术

如今，电磁技术已广泛应用于国民经济的各个部门。它的应用不仅给人类创造了巨大的物质文明，同时也把人们带进一个充满人造电磁辐射的环境里。电磁辐射是一种看不见、摸不着，难以感知的“隐形污染”。各国科学家通过长期的研究取得了一个共识，他们认为：当在一定的空间中，电磁辐射强度达到一定限值以后，将对人身健康或动物的生存安全等产生不良影响，同时也对电子仪器、设备，包括通信设备的安全运行产生影响。电磁波已经成为最普遍的环境影响因素之一，人们越来越关心电磁场暴露可能导致的各种健康效应。所以，能方便、快捷、直观地知道所处环境中电磁辐射强度是否过高成为一个亟待解决的问题。

近年来，国内外已经出现许多电磁辐射检测装置，这些装置基于的基本检测原理是：先通过感应器探测到空间中电磁波，经过放大器放大、滤波器滤波处理后，由模数转换器送入单片机处理，最后显示出电磁辐射数值。如中国专利200820040183.X、中国专利201120170353.8、美国专利US20100321501中所公开的技术，以及发表在《电子测量技术》上的《便携式电磁辐射测量仪的设计》和《仪器仪表用户》上的《便携式移动电话电磁辐射检测仪的研制》中所提到的技术。

以上所提到的装置的共性在于，其灵敏度受限于放大器的噪声水平，若放大器的噪声大，导致装置的灵敏度低；若装置采用噪声低的放大器，则会增加装置成本，而且灵敏度提升效果差。

电磁辐射信号作为激励输入到超再生振荡器使其快速起振，信号能量越大，起振越快，振幅越大，通过检测起振时间和振幅大小，可以判断电磁辐射能量大小。这种技术方案提高了电磁辐射检测装置的灵敏度，同时，又不会增加系统复杂度和实现成本。目前，尚未见到此类技术直接用于电磁辐射检测装置。

发明内容

本发明的目的是为了能检测微弱电磁辐射信号，提高电磁辐射检测装置灵敏度，而提出的一种高灵敏度电磁辐射检测装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提供一种高灵敏度电磁辐射检测装置，包括天线、低噪声放大器、基带信号处理模块、模数转换器、数据处理模块，其特征在于：还包括超再生振荡器和熄灭信号发生模块，其中，所述基带信号处理模块包括包络检测器和滤波器，包络检测器和滤波器依次相连；包络检测器用于提取来自超再生振荡器的高频电磁波的幅度信息，滤波器用于对提取的幅度信息进行滤波，并送入模数转换器转换为数字信号。所述数据处理模块包括微处理器、键盘、显示单元。微处理器用于处理分析来自模数转换器的数字信号，键盘用于设置微处理器处理数据的量程以及选择显示瞬时值、最大值或平均值，显示单元用于显示测量结果以及键盘的设置信息。

其中，所述天线、低噪声放大器、基带信号处理模块、超再生振荡器、基带信号处理模块、模数转换器、数据处理模块依次相连；熄灭信号发生模块与超再生振荡器相连，控制超再生振荡器工作模式。

其中，所述超再生振荡器为LC压控振荡器；所述超再生振荡器的工作模式包括：校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式四种模式。其中，校准模式用于找到超再生振荡器的起振临界状态；Q值增强模式使超再生震荡器工作于非常接近于临界状态的不起振状态，用于提高超再生振荡器LC选频网络的Q值，使高灵敏度电磁辐射检测装置获得最高灵敏度；超再生模式用于提高超再生振荡器的增益，在有电磁辐射信号到来时，使其可以快速起振；熄灭模式用于熄灭超再生振荡器，使其停止工作。

其中，所述超再生振荡器在每次测量开始时工作在校准模式，之后Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式组成超再生振荡器的一个测量周期，且校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式是依次排列的，每次测量校准模式只工作一次，而测量周期有多次。

其中，所述熄灭信号发生模块包括逐次逼近电流型数模转换器和逻辑控制电路。所述逐次逼近电流型数模转换器可以产生任意波形的电流作为超再生振荡器的熄灭信号，控制超再生振荡器的工作状态；所述逻辑控制电路用于根据模数转换器的不同输出，判断超再生振荡器的工作状态，进而控制逐次逼近电流型数模转换器产生对应波形的熄灭信号。

其中，所述熄灭信号包括校准模式控制信号、Q值增强模式控制信号、超再生模式控制信号、熄灭模式控制信号四种信号，对应超再生振荡器的校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式四种工作模式；Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式组成一个熄灭信号周期，Q值增强模式控制信号、超再生模式控制信号、熄灭模式控制信号依次排列；且每次测量开始时，总是先产生校准模式控制信号。

有益效果

本发明对比已有技术的创新点在于使用超再生振荡器对电磁辐射信号进行检测和放大，并利用特殊熄灭信号发生模块，自动控制和校准超再生振荡器。对比现有技术显著地提高了电磁辐射检测装置的灵敏度。

附图说明

图1本发明装置的示意图

图2是本发明实施实例示意图

图3是本发明每次测量时的工作时序图

其中：1-天线、2-低噪声放大器、3-超再生振荡器、4-熄灭信号发生模块、401-逐次逼近电流型数模转换器、402-逻辑控制电路、5-基带处理模块、501-包络检测器、502-滤波器、6-模数转换器、7-数据处理模块、701-微处理器、702-键盘、703-显示单元

具体实施方案

下面将参考附图来描述用于实施本发明的最佳实施方案。

本发明的基本思想是利用超再生振荡器检测电磁辐射信号，提高装置灵敏度。

实施例1

图2是本发明的一种实施方案图。

所述超再生振荡器3为LC有源振荡电路，所述显示单元703是LED或LCD。

参见图2，所示实施例中各元件的连接关系为：天线1的输出端连接低噪声放大器2的输入端，低噪声放大器2的输出端连接超再生振荡器3的输入端，超再生振荡器3的输出端连接包络检测器501的输入端，包络检测器501的输出端连接滤波器502的输入端，滤波器502的输出端连接模数转换器6的输入端，模数转换器6的输出端连接微处理器701的输入端，微处理器701分别与键盘702的输出和显示单元703的输入相连接，逻辑控制电路402输入端接模数转换器6的输出端，逐次逼近电流型数模转换器401的输入端接逻辑控制电路402的输出端，逐次逼近电流型数模转换器401的输出端连接超再生振荡器3的控制端。

由天线1接收所在环境的电磁辐射信号，经天线1的输出端传输给低噪声放大器2，低噪声放大器2将信号预放大(10dB-15dB)输出到超再生放大器3，并将超再生放大器3和天线1隔离；接收到电磁辐射信号的超再生振荡器3将电磁辐射信号被放大，输出到包络检测器501的输入端；熄灭信号产生器4根据有无电磁辐射信号，控制超再生振荡器3工作模式；包络检测器501检测被放大的高频电磁辐射信号的包络信息，经滤波器502滤波输出到模数转换器6的输入，模数转换器6将电磁辐射的幅度大小转换成数字量，输出到微处理器701处理；键盘702控制微处理器701处理电磁辐射信号的量程以及选择显示瞬时值、最大值或平均值，微处理器701将设置信息和处理结果显示在显示单元703上。

图3给出了本发明实施例的工作周期时序图。当开始测量后，装置进入校准模式801，此时，逐次逼近电流型数模转换器401通过逐次逼近算法找到使超再生振荡器3起振的临界注入尾电流；之后装置进入测量周期802，在一个周期中，逐次逼近电流型数模转换器401依次产生Q值增强模式控制信号、超再生模式控制信号、熄灭模式控制信号，装置依次工作在Q值增强模式8021、超再生模式8022、熄灭模式8023；测量周期802重复发生，知道测量结束。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高灵敏度电磁辐射检测装置，包括天线、低噪声放大器、基带信号处理模块、模数转换器、数据处理模块，其特征在于：还包括超再生振荡器和熄灭信号发生模块，其中：

所述基带信号处理模块包括包络检测器和滤波器，包络检测器和滤波器依次相连；包络检测器用于提取来自超再生振荡器的高频电磁波的幅度信息，滤波器用于对提取的幅度信息进行滤波，并送入模数转换器转换为数字信号。

所述数据处理模块包括微处理器、键盘、显示单元。微处理器用于处理分析来自模数转换器的数字信号，键盘用于设置微处理器处理数据的量程以及选择显示瞬时值、最大值或平均值，显示单元用于显示测量结果以及键盘的设置信息。

2.根据权利1所述高灵敏度电磁辐射检测装置，其特征在于：其中，所述天线、低噪声放大器、基带信号处理模块、超再生振荡器、基带信号处理模块、模数转换器、数据处理模块依次相连；熄灭信号发生模块与超再生振荡器相连，控制超再生振荡器工作模式。

3.根据权利1所述高灵敏度电磁辐射检测装置，其特征在于：其中，所述超再生振荡器为LC压控振荡器；所述超再生振荡器的工作模式包括：校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式四种模式，其中：

校准模式用于找到超再生振荡器的起振临界状态；

Q值增强模式使超再生震荡器工作于非常接近于临界状态的不起振状态，用于提高超再生振荡器LC选频网络的Q值，使高灵敏度电磁辐射检测装置获得最高灵敏度；

超再生模式用于提高超再生振荡器的增益，在有电磁辐射信号到来时，使其可以快速起振；

熄灭模式用于熄灭超再生振荡器，使其停止工作。

4.根据权利3所述高灵敏度电磁辐射检测装置，其特征在于：其中，所述超再生振荡器在每次测量开始时工作在校准模式，之后Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式组成超再生振荡器的一个测量周期，且校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式是依次排列的，每次测量校准模式只工作一次，而测量周期有多次。

5.根据权利1所述高灵敏度电磁辐射检测装置，其特征在于：其中，所述熄灭信号发生模块包括逐次逼近电流型数模转换器和逻辑控制电路。所述逐次逼近电流型数模转换器可以产生任意波形的电流作为超再生振荡器的熄灭信号，控制超再生振荡器的工作状态；所述逻辑控制电路用于根据模数转换器的不同输出，判断超再生振荡器的工作状态，进而控制逐次逼近电流型数模转换器产生对应波形的熄灭信号。

6.根据权利5所述高灵敏度电磁辐射检测装置，其特征在于：其中，所述熄灭信号包括校准模式控制信号、Q值增强模式控制信号、超再生模式控制信号、熄灭模式控制信号四种信号，对应超再生振荡器的校准模式、Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式四种工作模式；Q值增强模式、超再生模式、熄灭模式组成一个熄灭信号周期，Q值增强模式控制信号、超再生模式控制信号、熄灭模式控制信号依次排列；且每次测量开始时，总是先产生校准模式控制信号。