基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法、系统与流程

本发明实施例涉及振动测量，尤其涉及基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法、系统。

背景技术：

1、振动测量的基本过程为：传感器把振动体的运动转化为电信号，但由于传感器的输出信号(电压或电流)太弱，不能够直接作为显示和分析仪器的输入，需要经过信号调理器对其进行放大；由于传感器输出的是模拟信号，而现代信号分析处理仪和储存单元用的都是数字集成电路或计算机，因此要用数据采集装置将模拟信号转换成离散数字信号才能进行处理；而且为了避免采样后的数字信号可能会不正确地反映原有连续信号，在对连续信号采样之前还要对信号进行滤波，去掉信号的高频分量。此外，若测量对象是无振动激励源的机械零部件或结构，还需要用激振器对被测对象施加激励使其产生振动才能进行测量。测到的振动信号经数字信号分析仪或计算机处理后便得到功率谱、结构模态参数和频率响应函数等有用的结果。

2、现有的分区域识别全景区域反馈的结构热与振动形变测量方法测量仅能测试沿视线方向的形变及振动，无法实现对实际工况中普遍存在的全景区域形变及振动进行精确的各个维度上的同时测量。

技术实现思路

1、本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法、系统。

2、第一方面，本发明实施例提供一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法，所述方法包括：

3、通过若干微波收发器向目标物体同时发射调频连续波微波信号并接收回波信号，通过放大、混频及滤波处理得到基带信号；

4、采集所述基带信号，并从所述基带信号提取出各个微波收发器视线方向上的目标物体距离及其对应的形变及振动信息；

5、根据若干微波收发器的间距和微波收发器与目标物体的距离建立振动的目标多维形变及振动参考坐标系ψ并得到相应的几何长度关系；

6、利用得到的几何长度关系与建立的参考坐标系ψ，计算得到目标空间位置在坐标系ψ每个坐标轴上的坐标；

7、根据目标形变与振动在坐标系中每个坐标轴上的投影和目标到每个微波收发器的距离比例进行加权融合重构，恢复出目标物体的实际多维形变及振动信息。

8、在一些可能的实施例中，所述通过若干微波收发器向目标物体同时发射调频连续波微波信号，包括：

9、将多个微波收发器的发射天线朝向测量目标进行放置，使得待测目标处于微波收发器的信号辐射范围内，保证所需测量的目标运动空间范围均在微波收发器的信号发射与有效接收范围内。

10、在一些可能的实施例中，所述根据目标形变与振动在坐标系中每个坐标轴上的投影和目标到每个微波收发器的距离比例进行加权融合重构，包括：

11、x；(t)＝a；r1(t)+a；2r2(t)+a；r3(t)+...+a.r.(t)；其中，n≥i≥1；

12、a；～a；为对应维度in-n对应微波收发器视线上的目标形变及振动信息权重值；

13、x；(t)为位于振动的目标多维形变及振动参考坐标系的目标形变及振动信息，即代表了目标在振动的目标多维形变及振动参考坐标系中的实际多维形变及振动轨迹。

14、第二方面，本发明实施例提供一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，所述系统包括：多微波收发器和多维形变及振动处理器，所述多维形变及振动处理器包括信号采集单元和信号处理单元；

15、所述多微波收发器，用于向目标物体同时发射调频连续波微波信号并接收回波信号，通过放大、混频及滤波处理得到基带信号；

16、所述信号采集单元，用于采集所述基带信号；

17、所述信号处理单元，用于：从所述基带信号提取出各个微波收发器视线方向上的目标物体距离及其对应的形变及振动信息；根据若干微波收发器的间距和微波收发器与目标物体的距离建立振动的目标多维形变及振动参考坐标系ψ并得到相应的几何长度关系；利用得到的几何长度关系与建立的参考坐标系ψ，计算得到目标空间位置在坐标系ψ每个坐标轴上的坐标；根据目标形变与振动在坐标系中每个坐标轴上的投影和目标到每个微波收发器的距离比例进行加权融合重构，恢复出目标物体的实际多维形变及振动信息。

18、在一些可能的实施例中，所述多微波收发器分别安装在空间中不同位置的不同微波收发器的安装模块上，或者同一个安装模块的不同位置上。

19、在一些可能的实施例中，所述信号处理单元，具体还用于：

20、x；(t)＝a；r1(t)+a；2r2(t)+a；r3(t)+...+a.r.(t)；其中，n≥i≥1；

21、a；～a；为对应维度in-n对应微波收发器视线上的目标形变及振动信息权重值；

22、x；(t)为位于振动的目标多维形变及振动参考坐标系的目标形变及振动信息，即代表了目标在振动的目标多维形变及振动参考坐标系中的实际多维形变及振动轨迹。

23、在一些可能的实施例中，所述多维形变及振动处理器还包括控制器；

24、所述控制器，用于进行微波多维形变及振动测量，设置采样参数及执行信号采集并控制进行后续数据处理。

25、在一些可能的实施例中，所述系统还包括显示与分析模块；

26、所述显示与分析模块，用于根据需求对测量的目标多维形变及振动时域信息进行振动幅值、振动轨迹、频率及时频分布振动特征的提取与分析，显示多微波收发器信号波形、相关测量、特征提取结果及最终目标的多维形变及振动测量信息。

27、在一些可能的实施例中，每个所述微波收发器分别包括：微波信号源、功分器、功率放大器、正交移相器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、至少一个发射天线和至少一个接收天线，其中：

28、所述微波信号源与功分器相连，所述功分器与功率放大器和正交移相器相连；

29、所述功率放大器与发射天线相连，所述接收天线与低噪声放大器相连，所述低噪声放大器与正交移相器的两个输出端分别与混频器相连，两个混频器输出端分别与低通滤波器相连；

30、微波信号源的信号经过功分器分为两路，一路经过功率放大器连接发射天线，一路经过正交移相器与混频器相连。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、本发明实施例整体解决了现有技术对环境的高依赖性、精度差及效率低等难题和微波测振技术只能实现沿视线方向的单维度测量的局限性，通过振动的目标多维形变及振动参考坐标系建立方法；利用多微波收发器视线上的目标形变及振动信息权重值，计算得到位于振动的目标多维形变及振动参考坐标系的目标多维形变及振动位移信息。

33、本发明实施例实现了能够在非接触测量的方式下，不受测试场景存在遮挡、雨雾、粉尘等恶劣环境的影响，无需相关复杂测试前准备工作，快速准确地基于微波感知实现目标或测点的多维形变及振动高精度测量，突破了微波单维测振的局限性。本发明操作简单、测试高效。

技术特征：

1.一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法，其特征在于，所述通过若干微波收发器向目标物体同时发射调频连续波微波信号，包括：

3.根据权利要求1所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法，其特征在于，所述根据目标形变与振动在坐标系中每个坐标轴上的投影和目标到每个微波收发器的距离比例进行加权融合重构，包括：

4.一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，所述系统包括：多微波收发器和多维形变及振动处理器，所述多维形变及振动处理器包括信号采集单元和信号处理单元；

5.根据权利要求4所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，所述多微波收发器分别安装在空间中不同位置的不同微波收发器的安装模块上，或者同一个安装模块的不同位置上。

6.根据权利要求4所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，所述信号处理单元，具体还用于：

7.根据权利要求4所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，所述多维形变及振动处理器还包括控制器；

8.根据权利要求4至7任一项所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，所述系统还包括显示与分析模块；

9.根据权利要求4至7任一项所述的基于主动微波反射的结构应变及位移监测系统，其特征在于，每个所述微波收发器分别包括：微波信号源、功分器、功率放大器、正交移相器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、至少一个发射天线和至少一个接收天线，其中：

技术总结本发明实施例提供了一种基于主动微波反射的结构应变及位移监测方法、系统，通过若干微波收发器向目标物体同时发射调频连续波微波信号并接收回波信号；从基带信号提取出各个微波收发器视线方向上的目标物体距离及其对应的形变及振动信息；根据若干微波收发器的间距和微波收发器与目标物体的距离建立振动的目标多维形变及振动参考坐标系并得到相应的几何长度关系，计算得到目标空间位置在坐标系每个坐标轴上的坐标；根据目标形变与振动在坐标系中每个坐标轴上的投影和目标到每个微波收发器的距离比例进行加权融合重构，恢复出目标物体的实际多维形变及振动信息。解决了现有技术对环境的高依赖性、精度差及效率低等难题和微波测振技术只能实现沿视线方向的单维度测量的局限性。技术研发人员：陈惠林,陈思勤,俞静,朱松鹤,李杨,江晓然,郭浩,贺文龙受保护的技术使用者：华能国际电力股份有限公司上海石洞口第二电厂技术研发日：技术公布日：2024/12/12