CN203206253U - 一种多频谱声表面波器件频率识别装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多频谱声表面波器件频率识别装置，包括发射模块、接收模块和单片机模块；其创先点在于，还包括FPGA模块，所述FPGA模块内嵌有快速傅里叶正变换器、快速傅里叶逆变换器、寄存器组、控制模块、第一RAM、第二RAM、第三RAM和第四RAM；所述发射模块包括载波信号发生器、放大器、衰减器、正交调制器和数模转换器；所述接收模块包括前置放大器、解调器和模数转换器。本实用新型具有提高声表面波器件频率特性识别速度，同时减少干扰，提高精度能够满足很多应用领域的实时性要求，等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于远程非接触测量技术领域，具体涉及一种多频谱声表面波器件频率识别装置。
背景技术
远程非接触测量技术广泛的应用于军事、医学、工业控制等领域。声表面波器件具有工作温度宽，抗恶劣环境，无源工作，不需要电源供电的特点，是当前远程非接触测量技术研究热点领域。常用的声表面波器件的频率特征识别装置是：
1、一次只能发射/接受一个频点，识别出声表面波器件在此频点的响应特性；
2、然后步进再收发检测下一个频点；
3、如此往复，扫描整个声表面波器件可能处于的频带。
这种处理方法导致对声表面波器件频率特性识别效率低，需要很长时间才能扫描完整个频带。由于工作环境是时变的，两次无线收发之间无线电传输环境都可能发生变化，影响无线收发特性的检测，使得这种方式容易受外界干扰。
发明内容
本实用新型的目的是，提供一种提高声表面波器件频率特性识别速度，同时减少干扰，提高精度的多频谱声表面波器件频率识别装置，能够满足很多应用领域的实时性要求，以克服现有技术的不足。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种多频谱声表面波器件频率识别装置，包括发射模块、接收模块和单片机模块；其创新点在于：
a、还包括FPGA模块，所述FPGA模块内嵌有快速傅里叶正变换器、快速傅里叶逆变换器、寄存器组、控制模块、第一RAM、第二RAM、第三RAM和第四RAM，所述第一RAM和第三RAM分别与快速傅里叶逆变换器相应的端点电连接，第二RAM和第四RAM分别与快速傅里叶正变换器相应的端点电连接，所述控制模块、第二RAM、第三RAM和单片机模块分别与寄存器组电连接；
b、所述发射模块包括载波信号发生器、放大器、衰减器、正交调制器和数模转换器，所述控制模块的输出端和单片机模块的输出端分别与载波信号发生器相应的输入端电连接，载波信号发生器的输出端、数模转换器的输出端分别与正交调制器相应的输入端电连接，而数模转换器的输入端与第一RAM的输出端电连接，所述正交调制器的输出端与衰减器的输入端电连接，衰减器的输出端与放大器的输入端电连接，所述衰减器、正交调制器和数模转换器分别与控制模块相应的连接端电连接；
c、所述接收模块包括前置放大器、解调器和模数转换器，所述模数转换器的输出端与第四RAM的输入端电连接，解调器的输出端与模数转换器的输入端电连接，前置放大器的输出端与解调器的输入端电连接，所述解调器和模数转换器分别与控制模块相应的连接端电连接，解调器与单片机模块电连接，所述放大器通过天线收发开关与前置放大器电连接。
在上述技术方案中，所述单片机模块还连接有RS232通信接口。
在上述技术方案中，所述单片机模块还连接有USB通信接口。
在上述技术方案中，所述单片机模块还连接有RS485通信接口。
在上述技术方案中，所述FPGA模块还连接有JTAG接口。
在上述技术方案中，所述FPGA模块还连接有扩展通信接口。
在上述技术方案中，所述单片机模块还连接有以太网通信接口。
在上述技术方案中，所述单片机模块还连接有CAN总线接口。
本实用新型所具有的积极效果是：由于采用了上述识别装置后，本实用新型能快速准确地识别出声表面波器件的频率特征，根据声表面波器件的频率特征会受外界的温度压力影响而变化，只要识别出频率特征就能换算出当前的温度和压力。本实用新型包括的发射模块为多频谱发射模块，可以同时发射由多个频点组成的多频谱无线射频激励信号，该多频谱无线射频激励信号照射到声表面波器件，当声表面波器件吸收与自己固有振动频率相近的无线射频的能量，转换成自己固有频率的机械振动（超声波）；当外界无线射频信号照射停止后，声表面波器件的机械振动还将持续一段时间，并再次转换为同频率的无线射频信号反射回去，该反射无线射频信号由接收模块接收，经过频谱分析，就能得到当前声表面波器件的频率特征，进而能换算出当前的环境温度和压力。本实用新型能提高声表面波器件频率特性识别速度，同时减少干扰，提高精度。
附图说明
图1是本实用新型一种具体实施的结构示意图；
图2是本实用新型的工作流程图；
图3是多频谱发射模块发射的具有多个频点的梳状射频激励信号；
图4是声表面波器件反射的无线信号频谱图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本实用新型作进一步的说明，但并不局限于此。
如图1、2、3、4所示，一种多频谱声表面波器件频率识别装置，包括发射模块1、接收模块2和单片机模块3；还包括FPGA模块4，所述FPGA模块4内嵌有快速傅里叶正变换器4-1、快速傅里叶逆变换器4-2、寄存器组4-3、控制模块4-4、第一RAM4-5、第二RAM4-6、第三RAM4-7和第四RAM4-8，所述第一RAM4-5和第三RAM4-7分别与快速傅里叶逆变换器4-2相应的端点电连接，第二RAM4-6和第四RAM4-8分别与快速傅里叶正变换器4-1相应的端点电连接，所述控制模块4-4、第二RAM4-6、第三RAM4-7和单片机模块3分别与寄存器组4-3电连接；所述发射模块1包括载波信号发生器1-1、放大器1-2、衰减器1-3、正交调制器1-4和数模转换器1-5，所述控制模块4-4的输出端和单片机模块3的输出端分别与载波信号发生器1-1相应的输入端电连接，载波信号发生器1-1的输出端、数模转换器1-5的输出端分别与正交调制器1-4相应的输入端电连接，而数模转换器1-5的输入端与第一RAM4-5的输出端电连接，所述正交调制器1-4的输出端与衰减器1-3的输入端电连接，衰减器1-3的输出端与放大器1-2的输入端电连接，所述衰减器1-3、正交调制器1-4和数模转换器1-5分别与控制模块4-4相应的连接端电连接；所述接收模块2包括前置放大器2-1、解调器2-2和模数转换器2-3，所述模数转换器2-3的输出端与第四RAM4-8的输入端电连接，解调器2-2的输出端与模数转换器2-3的输入端电连接，前置放大器2-1的输出端与解调器2-2的输入端电连接，所述解调器2-2和模数转换器2-3分别与控制模块4-4相应的连接端电连接，解调器2-2与单片机模块3电连接，所述放大器1-2通过天线收发开关5与前置放大器2-1电连接。
如图1所示，所述单片机模块3还连接有RS232通信接口6。
如图1所示，所述单片机模块3还连接有USB通信接口7。
如图1所示，所述单片机模块3还连接有RS485通信接口8。
如图1所示，所述FPGA模块4还连接有JTAG接口9。
如图1所示，所述FPGA模块4还连接有扩展通信接口10。
如图1所示，所述单片机模块3还连接有以太网通信接口11。
如图1所示，所述单片机模块3还连接有CAN总线接口12。
本实用新型扩展的通信接口，可用来扩展其他功能模块，例如GPS模块、WiFi模块、GPRS模块以及其它通信模块。
本实用新型能同时发射多个频点的多频谱无线射频激励信号，当声表面波器件被该多频谱无线射频信号激励后，反射声表面波器件固有频率特性的无线射频信号；而反射无线射频信号经过由FPGA模块4的快速傅里叶变换（FFT），得到声表面波器件的频率特性曲线。
而所述多个频点同时发射是通过发射模块1和FPGA模块4实现的，由用户指定多个待发射的频点信息，如频率、幅度、相位等。这些频点信息在频谱图上呈现梳状，以后简称梳状频谱。
本实用新型的FPGA模块4采用的是由Xilinx公司生产的Spartan 6系列的FPGA，且型号为XC6SLX45，数模转换器1-5和数模转换器2-3采用的是ADI公司生产的芯片，放大器1-2采用的是由TriQuint Semiconductor公司生产的射频功率放大器，而单片机模块3采用的型号是STM32F407，解调器2-2采用的是由MAXIM公司生产的数字电视接收芯片，且型号为MAX3580；当然，并不局限于此，也可以采用其它型号的FPGA模块4、数模转换器1-5、数模转换器2-3、放大器1-2、单片机模块3、解调器2-2。本实用新型的其余器件均为市售品。
如图1所示，本实用新型具体工作过程是：
1、本实用新型的发射过程：首先，所述控制模块4-4控制接收模块2停止工作，再由用户指定多个待发射的频点信息，如频率、幅度、相位等，这些频点信息在频谱图上呈现梳状，以下简称梳状频谱。将需要发射的梳状多频谱信息保存在FPGA模块4的第三RAM4-7内，并由快速傅里叶逆变换器4-2变换成对应的正交的时域序列，再将得到对应的时域序列保存在第一RAM4-5内缓存后并发出，通过数模转换器1-5进行数模转换后的时域波形，与载波信号发生器1-1发出的载波信号，经过正交调制器1-4单边带调制后，得到声表面波器件工作频段的梳状频谱，如图3所示，而该梳状频谱经衰减器1-3以及放大器1-2放大后通过天线收发开关5发射出去；
2、本实用新型的接收过程：首先，所述控制模块4-4控制命令发射模块1停止工作，所述梳状频谱的无线射频照射声表面波器件，声表面波器件吸收与自己固有频率近似的无线射频的能量，然后反射自己固有谐振频率的无线信号，该反射的无线信号由所述接收模块2的前置放大器2-1放大，以提高灵敏度，再由所述解调器2-2将其直接生成模拟基带信号，模拟基带信号经过模数转换器2-3转换成数字基带信号，并保存到FPGA模块4的第四RAM4-8内；而所述FPGA模块4的快速傅里叶变换器4-1对回波信号进行频域变换，将保存在第四RAM4-8内的数字基带信号变换成频谱波形，再保存到第二RAM4-6内，如图4所示，供单片机模块3通过寄存器组4-3读取该频谱信号并做进一步分析处理；其中，回波信号是指，由所述放大器1-2通过天线收发开关5，并由天线发射出去的发射信号照射到声表面波器件后，再由声表面波器件反射回来的信号；
3、本实用新型的分析处理过程：在对发射频率合成和回波频谱分析后，通过单片机模块3来进行后期处理，单片机模块3根据声表面波器件的回波频谱换算出实际对应的温度和压力。由于运算密集的任务已由FPGA模块4完成，因此，对CPU的性能要求并不高，只需使用低性能、廉价的单片机的ARM处理器就能满足系统的要求，可以极大降低系统成本。
本实用新型使用快速傅里叶正变换和逆变换实现数字频率合成，在同一时刻能够发射由多个频点构成的梳状多频谱无线射频信号，激励被检测的声表面波器件。较之以前使用方法，在一个收发周期内就可以完成声表面波器件的频率特性识别，能够大大提高系统的识别速度，减小环境噪声的干扰。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种多频谱声表面波器件频率识别装置，包括发射模块（1）、接收模块（2）和单片机模块（3）；其特征在于：
a、还包括FPGA模块（4），所述FPGA模块（4）内嵌有快速傅里叶正变换器（4-1）、快速傅里叶逆变换器（4-2）、寄存器组（4-3）、控制模块（4-4）、第一RAM（4-5）、第二RAM（4-6）、第三RAM（4-7）和第四RAM（4-8），所述第一RAM（4-5）和第三RAM（4-7）分别与快速傅里叶逆变换器（4-2）相应的端点电连接，第二RAM（4-6）和第四RAM（4-8）分别与快速傅里叶正变换器（4-1）相应的端点电连接，所述控制模块（4-4）、第二RAM（4-6）、第三RAM（4-7）和单片机模块（3）分别与寄存器组（4-3）电连接；
b、所述发射模块（1）包括载波信号发生器（1-1）、放大器（1-2）、衰减器（1-3）、正交调制器（1-4）和数模转换器（1-5），所述控制模块（4-4）的输出端和单片机模块（3）的输出端分别与载波信号发生器（1-1）相应的输入端电连接，载波信号发生器（1-1）的输出端、数模转换器（1-5）的输出端分别与正交调制器（1-4）相应的输入端电连接，而数模转换器（1-5）的输入端与第一RAM（4-5）的输出端电连接，所述正交调制器（1-4）的输出端与衰减器（1-3）的输入端电连接，衰减器（1-3）的输出端与放大器（1-2）的输入端电连接，所述衰减器（1-3）、正交调制器（1-4）和数模转换器（1-5）分别与控制模块（4-4）相应的连接端电连接；
c、所述接收模块（2）包括前置放大器（2-1）、解调器（2-2）和模数转换器（2-3），所述模数转换器（2-3）的输出端与第四RAM（4-8）的输入端电连接，解调器（2-2）的输出端与模数转换器（2-3）的输入端电连接，前置放大器（2-1）的输出端与解调器（2-2）的输入端电连接，所述解调器（2-2）和模数转换器（2-3）分别与控制模块（4-4）相应的连接端电连接，解调器（2-2）与单片机模块（3）电连接，所述放大器（1-2）通过天线收发开关（5）与前置放大器（2-1）电连接。
2.根据权利要求1所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述单片机模块（3）还连接有RS232通信接口（6）。
3.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述单片机模块（3）还连接有USB通信接口（7）。
4.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述单片机模块（3）还连接有RS485通信接口（8）。
5.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述FPGA模块（4）还连接有JTAG接口（9）。
6.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述FPGA模块（4）还连接有扩展通信接口（10）。
7.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述单片机模块（3）还连接有以太网通信接口（11）。
8.根据权利要求1或2所述的多频谱声表面波器件频率识别装置，其特征在于：所述单片机模块（3）还连接有CAN总线接口（12）。
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|---|---|---|---|---|
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