CN103777073A

CN103777073A - 宽带激励声表面波器件谐振频率测量装置及方法

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Publication number: CN103777073A
Application number: CN201410040819.0A
Authority: CN
Inventors: 胡利宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: CN103777073B

Abstract

一种宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置，通过FPGA产生宽带调制信号与本振器的本振信号经混频器混频产生射频信号，再经功率放大器放大后由天线发射出，声表面波器件吸收与其谐振频率相近的信号后反射至天线，并向信号接收单元输送，信号接收单元通过接收机输出中频信号和RSSI信号，A/D处理器对中频信号和RSSI信号进行采样，信号处理单元将RSSI信号与信号强度指定值进行比较，如果RSSI信号大于指定值，信号处理单元对中频信号进行FFT变换处理从而计算出声表面波器件的谐振频率。本发明可同时发射具有多个频点能量的射频信号，使得在一个收发周期内就可完成声表面波器件的谐振频率测量，测量速度快。

Description

宽带激励声表面波器件谐振频率测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种非接触式远程测量装置，尤其涉及一种用于识别声表面波器件频率的非接触式远程测量装置。

背景技术

远程非接触式测量技术广泛应用于军事、环保、医学、工业控制等通讯领域，声表面波器件抗干扰能力强，灵敏度高，检测范围内的线性度、重复性好，非常适合用于远程非接触式测量技术。但是因为现有技术中只是针对声表面波器件受到周围环境中物理量、化学量或者生物量的变化而引起的声表面波器件谐振频率的变化作为一种现象观察，而没有对谐振频率进行具体的测量，所以声表面波器件并没有很好的运用到远程非接触式测量技术中。

发明内容

发明目的：提供一种采用宽带激励测量声表面波器件谐振频率的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置，包括信号处理单元、信号发射单元、天线开关及信号接收单元，所述信号处理单元的内部设定一个信号强度指定值，信号处理单元包括控制单元和A/D处理器，信号发射单元、天线开关及信号接收单元分别受控制单元的控制，信号发射单元包括FPGA、混频器、本振器和功率放大器，信号接收单元包括接收机，FPGA的输出端和本振器的输出端分别连接于混频器的输入端，混频器的输出端连接于功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接于天线开关的发射端，天线开关的接收端连接于信号接收单元的输入端，信号接收单元中接收机的中频信号输出端和RSSI信号输出端分别连接于A/D处理器的输入端，天线开关的公共端连接于具有可逆性的天线。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一，控制单元控制打开信号发射单元和天线开关之间的发射通道，FPGA将FPGA外部ROM的时域信号波形文件调入并产生宽带调制信号，同时，本振器产生本振信号，该本振信号和宽带调制信号经混频器混频后产生射频信号，该射频信号由功率放大器放大后经过天线开关由天线发射出，此时，天线开关和信号接收单元之间的接收通道为关闭的；

步骤二，控制单元控制关闭发射通道，打开天线开关和信号接收单元之间的接收通道，声表面波器件吸收天线发出与声表面波器件本身谐振频率相近的信号，并将该信号反射给天线，反射回的信号经天线开关向信号接收单元输送，信号接收单元对天线中反射回的信号进行处理，由接收机输出中频信号和RSSI信号；

步骤三，A/D处理器对步骤二中输出的中频信号和RSSI信号分别进行采样，信号处理单元将信号强度指定值与RSSI信号进行比较，如果RSSI信号大于信号强度指定值，则进行步骤四的处理；如果RSSI信号小于信号强度指定值，则重复上述步骤一至步骤三的处理；

步骤四，信号处理单元对中频信号的采样数据进行FFT变换处理得到对应的频谱能量数值，频谱能量最大值对应的频率加上接收机的本振频率即为声表面波器件的谐振频率；

最后，关闭接收通道。

工作原理：信号发射单元发射出的信号通过天线发射出去，与声表面波器件谐振频率相近的信号被声表面波器件吸收后反射至天线并经天线开关向信号接收单元输送，信号处理单元中的AD处理器对接收机输出中频信号和RSSI信号分别进行采样，信号处理单元将其内部设定的信号强度指定值与RSSI信号进行强度判断，如果RSSI大于信号强度指定值，信号处理单元对中频信号进行FFT变换得到对应的频谱能量数值，频谱能量最大值对应的频率加上接收机的本振频率即为声表面波器件的谐振频率；如果RSSI信号小于信号强度指定值，则重复上述过程，重新进行发射和接收处理。

有益效果：FPGA调入时域信号波形文件并产生宽带调制信号，使得发射单元发射的宽带调制信号具有多个频点的能量，即发射单元可以同时发射多个频点的射频信号，避免了依次发射及接收多个频点的信号带来的不便，在一个收发周期内就可以完成对声表面波器件的谐振频率测量，提高了系统的测量速度，降低了整体功耗。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是一组指定频点信号的频谱图；

图4是A/D处理器采样后信号的频谱图。

具体实施方式

请参图1，宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置包括信号处理单元1、信号发射单元2、天线开关3、信号接收单元4及天线5。

信号处理单元1的内部设定有信号强度指示值，该信号处理单元1包括控制单元11和A/D处理器12。信号发射单元2、天线开关3及信号接收单元4分别由控制单元11控制。

信号发射单元2为超外差结构。信号发射单元包括FPGA21、混频器22、本振器23和功率放大器24（即功放），FPGA21的输出端和本振器23的输出端分别连接于混频器22的输入端，混频器22的输出端连接于功率放大器22的输入端，功率放大器24的输出端与天线开关3的发射端连接。

信号接收单元4可以仅包括接收机41，此时，接收机41的输入端即为信号接收单元4的输入端而与天线开关3的接收端连接。信号接收单元4具有内置低噪声放大器（未图示）、内置混频器（未图示）及射频信号幅度检测电路（未图示）。为了提高信号接收单元4的接收灵敏度，还可在接收机41外部设置一个低噪声放大器42。此时，低噪声放大器42的输入端即为信号接收单元4的输入端而与天线开关3的接收端连接，低噪声放大器42的输出端连接于接收机41的输入端。接收机41的输出端即为信号接收单元4的输出端而与A/D处理器12的输入端连接，接收机41的中频信号输出端和RSSI信号输出端分别连接于A/D处理器12的输入端。

FPGA21、混频器22、本振器23、功率放大器24、天线开关3、低噪声放大器42及接收机41分别连接于控制单元11，以使控制单元11单独控制上述每个器件。

天线开关3的公共端连接于天线5。天线5具有可逆性，即天线5既具有发射信号的功能又有接收信号的功能。

图2是对宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置的具体测量方法进行叙述。需要说明的是在进行声表面波器件谐振频率的测量前，首先需要将一组指定频点的信号（如图3）由计算机进行FFT逆变换得到时域信号波形文件，在装置下载软件时写入FPGA的外部ROM中，，当用户指定的频点数量和间距等发生变化时才需要重新进行上述操作。

请参图2，步骤一，由控制单元11控制打开信号发射单元1与天线开关3之间的发射通道。FPGA将时域信号波形文件调入FPGA的内部RAM并产生宽带调制信号，同时，本振器23产生本振信号，该宽带调制信号和本振信号经混频器22混频后产生射频信号，该射频信号由功率放大器24进行放大后经过天线开关3由天线5发射出。此时，天线开关3和信号接收单元4之间的接收通道是关闭的。

步骤二，由控制单元11控制关闭发射通道，进入延迟等待，打开天线开关3和信号接收单元4之间的接收通道，声表面波器件吸收天线5发出的与声表面波器件本身谐振频率相近的信号，并将该信号反射给天线5，反射回的信号经天线开关3向低噪声放大器42输送，经过接收机41进行处理输出中频信号和RSSI信号。

步骤三，A/D处理器12对上述中频信号和RSSI信号分别进行采样，并将信号处理单元（1）内部设定的信号强度指定值与RSSI信号进行比较；如果RSSI信号大于信号强度指定值，则关闭接收通道，进入下一步骤的处理；如果RSSI信号小于信号强度指定值，则关闭接收通道，重复上述步骤；

步骤四，信号处理单元1对中频信号进行FFT变换，将其转换成频谱，频谱转换未完成的，再次进行FFT变换；频谱转换完成的，对该频谱进行分析并转换成物理量，得到对应的频谱能量数值，频谱能量最大值对应的频率加上接收机41的本振频率即为声表面波器件的谐振频率。

信号处理单元还可以根据具体需要设置Ethernet通讯接口、RS485通讯接口、CAN通讯接口、RS232通讯接口、EEPROM通讯接口及LED通讯接口等通讯接口。

Claims

1.一种宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置，其特征在于：包括信号处理单元（1）、信号发射单元（2）、天线开关（3）及信号接收单元（4），所述信号处理单元（1）的内部设定一个信号强度指定值，信号处理单元（1）包括控制单元（11）和A/D处理器（12），信号发射单元（2）、天线开关（3）及信号接收单元（4）分别受控制单元（11）的控制，信号发射单元（2）包括FPGA（21）、混频器（22）、本振器（23）和功率放大器（24），信号接收单元（4）包括接收机（41），FPGA（21）的输出端和本振器（23）的输出端分别连接于混频器（22）的输入端，混频器（22）的输出端连接于功率放大器（24）的输入端，功率放大器（22）的输出端连接于天线开关（3）的发射端，天线开关（3）的接收端连接于信号接收单元（4）的输入端，信号接收单元中接收机（41）的中频信号输出端和RSSI信号输出端分别连接于A/D处理器（12）的输入端，天线开关（3）的公共端连接于具有可逆性的天线（5）。

2.如权利要求1所述的宽带激励声表面波器件的谐振频率的测量装置，其特征在于：所述信号发射单元（2）为超外差结构，FPGA（21）、混频器（22）、本振器（23）及功率放大器（24）分别连接于控制单元（11）。

3.如权利要求1所述的宽带激励声表面波器件的谐振频率的测量装置，其特征在于：所述接收机（41）具有内置低噪声放大器、内置混频器及射频信号幅度检测电路。

4.如权利要求1所述的宽带激励声表面波器件的谐振频率的测量装置，其特征在于：所述信号接收单元（4）还包括低噪声放大器（42），天线开关（3）的接收端连接于低噪声放大器（42）的输入端，低噪声放大器（42）的输出端连接于接收机（41）的输入端，接收机（41）和噪声放大器（42）分别连接于控制单元（11）。

5.一种利用权利要求1所述的宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

步骤一，控制单元（11）控制打开信号发射单元（2）和天线开关（3）之间的发射通道，FPGA（21）将FPGA（21）外部ROM的时域信号波形文件调入并产生宽带调制信号，同时，本振器（23）产生本振信号，该本振信号和宽带调制信号经混频器（22）混频后产生射频信号，该射频信号由功率放大器（24）放大后经过天线开关（3）由天线（5）发射出，此时，天线开关（3）和信号接收单元（4）之间的接收通道为关闭的；

步骤二，控制单元（11）控制关闭发射通道，打开天线开关（3）和信号接收单元（4）之间的接收通道，声表面波器件吸收天线（5）发出与声表面波器件本身谐振频率相近的信号，并将该信号反射给天线，反射回的信号经天线开关（3）向信号接收单元（4）输送，信号接收单元（4）对天线（5）中反射回的信号进行处理，由接收机（41）输出中频信号和RSSI信号；

步骤三，A/D处理器（12）对步骤二中输出的中频信号和RSSI信号分别进行采样，信号处理单元（1）将信号强度指定值与RSSI信号进行比较，如果RSSI信号大于信号强度指定值，则进行步骤四的处理；如果RSSI信号小于信号强度指定值，则重复上述步骤一至步骤三的处理；

步骤四，信号处理单元（1）对中频信号的采样数据进行FFT变换处理得到对应的频谱能量数值，频谱能量最大值对应的频率加上接收机（41）的本振频率即为声表面波器件的谐振频率；

最后，关闭接收通道。

6.如权利要求4所述的宽带激励声表面波器件谐振频率的测量装置的测量方法，其特征在于：时域信号波形文件是由计算机将一组具有多频点能量的信号进行FFT逆变换得到的，再写入FPGA的外部ROM。