CN103944646B - 一种超声波穿金属通信装置 - Google Patents

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一种超声波穿金属通信装置，它涉及超声波信号传输领域，采用1：4的比例配制固化剂和环氧树脂，混合均匀，形成耦合剂(4)，采用砂纸打磨钢板(1)上两侧外壁，确保其平行光滑，将发射换能器(2)和接收换能器(3)采用耦合剂(4)对齐贴在钢板(1)两侧壁上，确保压电晶片与钢板壁紧密粘合，不留空隙，发射换能器(2)与驱动信号电路(5)连接，接收换能器(3)连接信号处理电路(6)。它采用系统辨识法用于超声通信信道模型参数确定，有效消除码间干扰，在金属屏蔽器物中将内部的环境信息采集并传输出来，从而实现在不破坏金属壁完整性的情况下，信息无误高速的传输。

Description

一种超声波穿金属通信装置
技术领域：
本发明涉及超声波信号传输领域，具体涉及一种超声波穿金属通信装置。
背景技术：
在工业控制领域，常常会遇到通过金属障碍物传递数字信号的情况。尽管一些设备允许打孔，但有些是不允许的。例如金属隔板、压力容器、管道等都可能需要密封，从而不允许打孔。例如部署在舰船上的射频传感和控制网络必须保持多重水密隔板的连接性。射频信号无法穿越舱壁，一种替代的方法是将传输数据穿过舱壁。而设计的舱壁要求是不透水的，因此采用打通舱壁过线的方法是不可行的。而导电性的外壳壁也对传统的通信方式带来很大的困难，因为电磁波在这些器壁上因集肤效应将衰减的很严重，以至于无法接收到有效的信号。
发明内容：
本发明的目的是提供一种超声波穿金属屏蔽体通信装置，它采用超声波作为载体穿越屏蔽器物用于信息的传递，采用系统辨识法用于超声通信信道模型参数确定，有效消除码间干扰，在金属屏蔽器物中将内部的环境信息采集并传输出来，从而实现在不破坏金属壁完整性的情况下，信息无误高速的传输。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：它的制作方法为采用1∶4的比例配制固化剂和环氧树脂，混合均匀，形成耦合剂4，采用砂纸打磨钢板1上两侧外壁，确保其平行光滑，将发射换能器2和接收换能器3采用耦合剂4对齐贴在钢板1的两侧壁上，确保压电晶片与钢板壁紧密粘合，不留空隙，发射换能器2与驱动信号电路5连接，接收换能器3连接信号处理电路6。
所述的驱动信号电路5包含匹配电路5-1、功率放大电路5-2、电压放大器5-3、低通滤波电路5-4、D/A转化电路5-5、FPGA现场可编程门阵列5-6、LCD显示单元5-7和晶振电路5-8，FPGA可编程门阵列5-6的1脚与LCD显示单元5-7连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的2脚与晶振电路5-8连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的3脚与D/A转化电路5-5的一端连接，D/A转化电路5-5的另一端与低通滤波电路5-4的一端连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的4脚和低通滤波电路5-4的另一端分别与电压放大器5-3的一端连接，电压放大器5-3的另一端与功率放大电路5-2的一端连接，功率放大电路5-2的另一端与匹配电路5-1的一端连接，匹配电路5-1的另一端与发射换能器2连接。
所述的信号处理电路6包含前置放大器6-1、带通滤波器6-2，包络检波电路6-3、比较电路6-4、FPGA信号处理装置6-5和PC显示单元6-6，前置放大器6-1的一端与接收换能器3连接，前置放大器6-1的另一端与带通滤波器6-2一端连接，带通滤波器6-2的另一端与包络检波电路6-3的一端连接，包络检波电路6-3的另一端与比较电路6-4的一端连接，比较电路6-4的另一端与FPGA信号处理装置6-5的一端连接，FPGA信号处理装置6-5的另一端与PC显示单元6-6连接。
本发明中发射换能器2发射信号，穿过钢板1，信号被接收换能器3接收，然后通过信号处理电路6处理信号，将信号传输出去。
本发明具有以下有益效果：它采用超声波作为信息转换媒介穿越屏蔽器物用于信息的传递，采用系统辨识法用于超声通信信道模型参数确定，有效消除码间干扰，在金属屏蔽器体中将内部的环境信息采集并传输出来，从而实现在不破坏金属壁完整性的情况下，信息无误高速的传输。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中驱动信号电路的结构示意图；
图3为本发明中信号处理电路的结构示意图。
具体实施方式：
参照图1-3，本具体实施方式采取以下技术方案：它的制作方法为采用1∶4的比例配制固化剂和环氧树脂，混合均匀，形成耦合剂4，采用砂纸打磨钢板1上两侧外壁，确保其平行光滑，将发射换能器2和接收换能器3采用耦合剂4对齐贴在钢板1的两侧壁上，确保压电晶片与钢板壁紧密粘合，不留空隙，发射换能器2与驱动信号电路5连接，接收换能器3连接信号处理电路6。
所述的驱动信号电路5包含匹配电路5-1、功率放大电路5-2、电压放大器5-3、低通滤波电路5-4、D/A转化电路5-5、FPGA现场可编程门阵列5-6、LCD显示单元5-7和晶振电路5-8，FPGA可编程门阵列5-6的1脚与LCD显示单元5-7连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的2脚与晶振电路5-8连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的3脚与D/A转化电路5-5的一端连接，D/A转化电路5-5的另一端与低通滤波电路5-4的一端连接，FPGA现场可编程门阵列5-6的4脚和低通滤波电路5-4的另一端分别与电压放大器5-3的一端连接，电压放大器5-3的另一端与功率放大电路5-2的一端连接，功率放大电路5-2的另一端与匹配电路5-1的一端连接，匹配电路5-1的另一端与发射换能器2连接。
所述的信号处理电路6包含前置放大器6-1、带通滤波器6-2，包络检波电路6-3、比较电路6-4、FPGA信号处理装置6-5和PC显示单元6-6，前置放大器6-1的一端与接收换能器3连接，前置放大器6-1的另一端与带通滤波器6-2一端连接，带通滤波器6-2的另一端与包络检波电路6-3的一端连接，包络检波电路6-3的另一端与比较电路6-4的一端连接，比较电路6-4的另一端与FPGA信号处理装置6-5的一端连接，FPGA信号处理装置6-5的另一端与PC显示单元6-6连接。
本发明中发射换能器2发射信号，穿过钢板1，信号被接收换能器3接收，然后通过信号处理电路6处理信号，将信号传输出去。
本具体实施方式具有以下有益效果：它采用超声波作为载体用于屏蔽体中信息的传递，建立超声通信信道模型并辨识模型参数，进而导出消除信道回波的模型，然后在前端将其作为驱动信号作用于信道，从而有效消除码间干扰，在金属屏蔽器物中将内部的环境信息采集并传输出来，从而实现在不破坏金属壁完整性的情况下信息高速可靠的传输。

Claims (3)

1.一种超声波穿金属通信装置，其特征在于它的制作方法为：采用1∶4的比例配制固化剂和环氧树脂，混合均匀，形成耦合剂(4)，采用砂纸打磨钢板(1)上两侧外壁，确保其平行光滑，将发射换能器(2)和接收换能器(3)采用耦合剂(4)对齐贴在钢板(1)两侧壁上，确保压电晶片与钢板壁紧密粘合，不留空隙，发射换能器(2)与驱动信号电路(5)连接，接收换能器(3)连接信号处理电路(6)，
其中，所述的信号处理电路(6)包含前置放大器(6-1)、带通滤波器(6-2)，包络检波电路(6-3)、比较电路(6-4)、FPGA信号处理装置(6-5)和PC显示单元(6-6)，前置放大器(6-1)的一端与接收换能器(3)连接，前置放大器(6-1)的另一端与带通滤波器(6-2)一端连接，带通滤波器(6-2)的另一端与包络检波电路(6-3)的一端连接，包络检波电路(6-3)的另一端与比较电路(6-4)的一端连接，比较电路(6-4)的另一端与FPGA信号处理装置(6-5)的一端连接，FPGA信号处理装置(6-5)的另一端与PC显示单元(6-6)连接。
2.根据权利要求1所述一种超声波穿金属通信装置，其特征在于所述的驱动信号电路(5)包含匹配电路(5-1)、功率放大电路(5-2)、电压放大器(5-3)、低通滤波电路(5-4)、D/A转化电路(5-5)、FPGA现场可编程门阵列(5-6)、LCD显示单元(5-7)和晶振电路(5-8)，FPGA可编程门阵列(5-6)的1脚与LCD显示单元(5-7)连接，FPGA现场可编程门阵列(5-6)的2脚与晶振电路(5-8)连接，FPGA现场可编程门阵列(5-6)的3脚与D/A转化电路(5-5)的一端连接，D/A转化电路(5-5)的另一端与低通滤波电路(5-4)的一端连接，FPGA现场可编程门阵列(5-6)的4脚和低通滤波电路(5-4)的另一端分别与电压放大器(5-3)的一端连接，电压放大器(5-3)的另一端与功率放大电路(5-2)的一端连接，功率放大电路(5-2)的另一端与匹配电路(5-1)的一端连接，匹配电路(5-1)的另一端与发射换能器(2)连接。
3.根据权利要求1所述一种超声波穿金属通信装置，其特征在于所述的发射换能器(2)发射信号，穿过钢板(1)，信号被接收换能器(3)接收，然后通过信号处理电路(6)处理信号，将信号传输出去。
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