寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率測量裝置及方法
【專利摘要】一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，通過FPGA產(chǎn)生寬帶調(diào)制信號與本振器的本振信號經(jīng)混頻器混頻產(chǎn)生射頻信號，再經(jīng)功率放大器放大后由天線發(fā)射出，聲表面波器件吸收與其諧振頻率相近的信號后反射至天線，并向信號接收單元輸送，信號接收單元通過接收機輸出中頻信號和RSSI信號，A/D處理器對中頻信號和RSSI信號進行采樣，信號處理單元將RSSI信號與信號強度指定值進行比較，如果RSSI信號大于指定值，信號處理單元對中頻信號進行FFT變換處理從而計算出聲表面波器件的諧振頻率。本發(fā)明可同時發(fā)射具有多個頻點能量的射頻信號，使得在一個收發(fā)周期內(nèi)就可完成聲表面波器件的諧振頻率測量，測量速度快。
【專利說明】寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸式遠程測量裝置，尤其涉及一種用于識別聲表面波器件頻率的非接觸式遠程測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]遠程非接觸式測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)保、醫(yī)學(xué)、工業(yè)控制等通訊領(lǐng)域，聲表面波器件抗干擾能力強，靈敏度高，檢測范圍內(nèi)的線性度、重復(fù)性好，非常適合用于遠程非接觸式測量技術(shù)。但是因為現(xiàn)有技術(shù)中只是針對聲表面波器件受到周圍環(huán)境中物理量、化學(xué)量或者生物量的變化而引起的聲表面波器件諧振頻率的變化作為一種現(xiàn)象觀察，而沒有對諧振頻率進行具體的測量，所以聲表面波器件并沒有很好的運用到遠程非接觸式測量技術(shù)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:提供一種采用寬帶激勵測量聲表面波器件諧振頻率的裝置及方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，包括信號處理單元、信號發(fā)射單元、天線開關(guān)及信號接收單元，所述信號處理單元的內(nèi)部設(shè)定一個信號強度指定值，信號處理單元包括控制單元和A/D處理器，信號發(fā)射單元、天線開關(guān)及信號接收單元分別受控制單元的控制，信號發(fā)射單元包括FPGA、混頻器、本振器和功率放大器，信號接收單元包括接收機，F(xiàn)PGA的輸出端和本振器的輸出端分別連接于混頻器的輸入端，混頻器的輸出端連接于功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接于天線開關(guān)的發(fā)射端，天線開關(guān)的接收端連接于信號接收單元的輸入端，信號接收單元中接收機的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接于A/D處理器的輸入端，天線開關(guān)的公共端連接于具有可逆性的天線。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種利用寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，所述測量方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，控制單元控制打開信號發(fā)射單元和天線開關(guān)之間的發(fā)射通道，F(xiàn)PGA將FPGA外部ROM的時域信號波形文件調(diào)入并產(chǎn)生寬帶調(diào)制信號，同時，本振器產(chǎn)生本振信號，該本振信號和寬帶調(diào)制信號經(jīng)混頻器混頻后產(chǎn)生射頻信號，該射頻信號由功率放大器放大后經(jīng)過天線開關(guān)由天線發(fā)射出，此時，天線開關(guān)和信號接收單元之間的接收通道為關(guān)閉的；
[0007]步驟二，控制單元控制關(guān)閉發(fā)射通道，打開天線開關(guān)和信號接收單元之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線發(fā)出與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，并將該信號反射給天線，反射回的信號經(jīng)天線開關(guān)向信號接收單元輸送，信號接收單元對天線中反射回的信號進行處理，由接收機輸出中頻信號和RSSI信號；
[0008]步驟三，A/D處理器對步驟二中輸出的中頻信號和RSSI信號分別進行采樣，信號處理單元將信號強度指定值與RSSI信號進行比較，如果RSSI信號大于信號強度指定值，則進行步驟四的處理；如果RSSI信號小于信號強度指定值，則重復(fù)上述步驟一至步驟三的處理；
[0009]步驟四，信號處理單元對中頻信號的采樣數(shù)據(jù)進行FFT變換處理得到對應(yīng)的頻譜能量數(shù)值，頻譜能量最大值對應(yīng)的頻率加上接收機的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率；
[0010]最后，關(guān)閉接收通道。
[0011]工作原理:信號發(fā)射單元發(fā)射出的信號通過天線發(fā)射出去，與聲表面波器件諧振頻率相近的信號被聲表面波器件吸收后反射至天線并經(jīng)天線開關(guān)向信號接收單元輸送，信號處理單元中的AD處理器對接收機輸出中頻信號和RSSI信號分別進行采樣，信號處理單元將其內(nèi)部設(shè)定的信號強度指定值與RSSI信號進行強度判斷，如果RSSI大于信號強度指定值，信號處理單元對中頻信號進行FFT變換得到對應(yīng)的頻譜能量數(shù)值，頻譜能量最大值對應(yīng)的頻率加上接收機的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率；如果RSSI信號小于信號強度指定值，則重復(fù)上述過程，重新進行發(fā)射和接收處理。
[0012]有益效果:FPGA調(diào)入時域信號波形文件并產(chǎn)生寬帶調(diào)制信號，使得發(fā)射單元發(fā)射的寬帶調(diào)制信號具有多個頻點的能量，即發(fā)射單元可以同時發(fā)射多個頻點的射頻信號，避免了依次發(fā)射及接收多個頻點的信號帶來的不便，在一個收發(fā)周期內(nèi)就可以完成對聲表面波器件的諧振頻率測量，提高了系統(tǒng)的測量速度，降低了整體功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的工作流程圖；
[0015]圖3是一組指定頻點信號的頻譜圖；
[0016]圖4是A/D處理器采樣后信號的頻譜圖。
【具體實施方式】
[0017]請參圖1，寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置包括信號處理單元1、信號發(fā)射單元2、天線開關(guān)3、信號接收單元4及天線5。
[0018]信號處理單元I的內(nèi)部設(shè)定有信號強度指示值，該信號處理單元I包括控制單元11和A/D處理器12。信號發(fā)射單元2、天線開關(guān)3及信號接收單元4分別由控制單元11控制。
[0019]信號發(fā)射單元2為超外差結(jié)構(gòu)。信號發(fā)射單元包括FPGA21、混頻器22、本振器23和功率放大器24 (即功放)，F(xiàn)PGA21的輸出端和本振器23的輸出端分別連接于混頻器22的輸入端，混頻器22的輸出端連接于功率放大器22的輸入端,功率放大器24的輸出端與天線開關(guān)3的發(fā)射端連接。
[0020]信號接收單元4可以僅包括接收機41，此時，接收機41的輸入端即為信號接收單元4的輸入端而與天線開關(guān)3的接收端連接。信號接收單元4具有內(nèi)置低噪聲放大器(未圖示)、內(nèi)置混頻器(未圖示)及射頻信號幅度檢測電路(未圖示)。為了提高信號接收單元4的接收靈敏度，還可在接收機41外部設(shè)置一個低噪聲放大器42。此時，低噪聲放大器42的輸入端即為信號接收單元4的輸入端而與天線開關(guān)3的接收端連接，低噪聲放大器42的輸出端連接于接收機41的輸入端。接收機41的輸出端即為信號接收單元4的輸出端而與A/D處理器12的輸入端連接，接收機41的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接于A/D處理器12的輸入端。
[0021]FPGA21、混頻器22、本振器23、功率放大器24、天線開關(guān)3、低噪聲放大器42及接收機41分別連接于控制單元11，以使控制單元11單獨控制上述每個器件。
[0022]天線開關(guān)3的公共端連接于天線5。天線5具有可逆性，即天線5既具有發(fā)射信號的功能又有接收信號的功能。
[0023]圖2是對寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的具體測量方法進行敘述。需要說明的是在進行聲表面波器件諧振頻率的測量前，首先需要將一組指定頻點的信號(如圖3)由計算機進行FFT逆變換得到時域信號波形文件，在裝置下載軟件時寫入FPGA的外部ROM中，，當(dāng)用戶指定的頻點數(shù)量和間距等發(fā)生變化時才需要重新進行上述操作。
[0024]請參圖2，步驟一，由控制單元11控制打開信號發(fā)射單元I與天線開關(guān)3之間的發(fā)射通道。FPGA將時域信號波形文件調(diào)入FPGA的內(nèi)部RAM并產(chǎn)生寬帶調(diào)制信號，同時，本振器23產(chǎn)生本振信號，該寬帶調(diào)制信號和本振信號經(jīng)混頻器22混頻后產(chǎn)生射頻信號，該射頻信號由功率放大器24進行放大后經(jīng)過天線開關(guān)3由天線5發(fā)射出。此時，天線開關(guān)3和信號接收單元4之間的接收通道是關(guān)閉的。
[0025]步驟二，由控制單元11控制關(guān)閉發(fā)射通道，進入延遲等待，打開天線開關(guān)3和信號接收單元4之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線5發(fā)出的與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，并將該信號反射給天線5，反射回的信號經(jīng)天線開關(guān)3向低噪聲放大器42輸送，經(jīng)過接收機41進行處理輸出中頻信號和RSSI信號。
[0026]步驟三，A/D處理器12對上述中頻信號和RSSI信號分別進行采樣，并將信號處理單元(I)內(nèi)部設(shè)定的信號強度指定值與RSSI信號進行比較；如果RSSI信號大于信號強度指定值，則關(guān)閉接收通道，進入下一步驟的處理；如果RSSI信號小于信號強度指定值，則關(guān)閉接收通道，重復(fù)上述步驟；
[0027]步驟四，信號處理單元I對中頻信號進行FFT變換，將其轉(zhuǎn)換成頻譜，頻譜轉(zhuǎn)換未完成的，再次進行FFT變換；頻譜轉(zhuǎn)換完成的，對該頻譜進行分析并轉(zhuǎn)換成物理量，得到對應(yīng)的頻譜能量數(shù)值，頻譜能量最大值對應(yīng)的頻率加上接收機41的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率。
[0028]信號處理單元還可以根據(jù)具體需要設(shè)置Ethernet通訊接口、RS485通訊接口、CAN通訊接口、RS232通訊接口、EEPROM通訊接口及LED通訊接口等通訊接口。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置，其特征在于:包括信號處理單元(1)、信號發(fā)射單元(2)、天線開關(guān)(3)及信號接收單元(4)，所述信號處理單元(I)的內(nèi)部設(shè)定一個信號強度指定值，信號處理單元(I)包括控制單元(11)和A/D處理器(12 )，信號發(fā)射單元(2)、天線開關(guān)(3)及信號接收單元(4)分別受控制單元(11)的控制，信號發(fā)射單元(2)包括FPGA(21)、混頻器(22)、本振器(23)和功率放大器(24)，信號接收單元(4)包括接收機(41)，F(xiàn)PGA (21)的輸出端和本振器(23)的輸出端分別連接于混頻器(22)的輸入端，混頻器(22)的輸出端連接于功率放大器(24)的輸入端，功率放大器(22)的輸出端連接于天線開關(guān)(3)的發(fā)射端，天線開關(guān)(3)的接收端連接于信號接收單元(4)的輸入端，信號接收單元中接收機(41)的中頻信號輸出端和RSSI信號輸出端分別連接于A/D處理器(12)的輸入端，天線開關(guān)(3 )的公共端連接于具有可逆性的天線(5 )。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特征在于:所述信號發(fā)射單元(2)為超外差結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA (21)、混頻器(22)、本振器(23)及功率放大器(24)分別連接于控制單元(11)。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特征在于:所述接收機(41)具有內(nèi)置低噪聲放大器、內(nèi)置混頻器及射頻信號幅度檢測電路。
4.如權(quán)利要求1所述的寬帶激勵聲表面波器件的諧振頻率的測量裝置，其特征在于:所述信號接收單元(4)還包括低噪聲放大器(42)，天線開關(guān)(3)的接收端連接于低噪聲放大器(42 )的輸入端,低噪聲放大器(42 )的輸出端連接于接收機(41)的輸入端,接收機(41)和噪聲放大器(42)分別連接于控制單元(11)。
5.一種利用權(quán)利要 求1所述的寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，其特征在于:所述測量方法包括以下步驟: 步驟一，控制單元(11)控制打開信號發(fā)射單元(2)和天線開關(guān)(3)之間的發(fā)射通道，F(xiàn)PGA (21)將FPGA (21)外部ROM的時域信號波形文件調(diào)入并產(chǎn)生寬帶調(diào)制信號，同時，本振器(23)產(chǎn)生本振信號，該本振信號和寬帶調(diào)制信號經(jīng)混頻器(22)混頻后產(chǎn)生射頻信號，該射頻信號由功率放大器(24)放大后經(jīng)過天線開關(guān)(3)由天線(5)發(fā)射出，此時，天線開關(guān)(3)和信號接收單元(4)之間的接收通道為關(guān)閉的； 步驟二，控制單元(11)控制關(guān)閉發(fā)射通道，打開天線開關(guān)(3)和信號接收單元(4)之間的接收通道，聲表面波器件吸收天線(5)發(fā)出與聲表面波器件本身諧振頻率相近的信號，并將該信號反射給天線，反射回的信號經(jīng)天線開關(guān)(3)向信號接收單元(4)輸送，信號接收單元(4)對天線(5)中反射回的信號進行處理，由接收機(41)輸出中頻信號和RSSI信號； 步驟三，A/D處理器(12)對步驟二中輸出的中頻信號和RSSI信號分別進行采樣，信號處理單元(I)將信號強度指定值與RSSI信號進行比較，如果RSSI信號大于信號強度指定值，則進行步驟四的處理；如果RSSI信號小于信號強度指定值，則重復(fù)上述步驟一至步驟三的處理； 步驟四，信號處理單元(I)對中頻信號的采樣數(shù)據(jù)進行FFT變換處理得到對應(yīng)的頻譜能量數(shù)值，頻譜能量最大值對應(yīng)的頻率加上接收機(41)的本振頻率即為聲表面波器件的諧振頻率； 最后，關(guān)閉接收通道。
6.如權(quán)利要求4所述的寬帶激勵聲表面波器件諧振頻率的測量裝置的測量方法，其特征在于:時域信號波形文件是由計算機將一組具有多頻 點能量的信號進行FFT逆變換得到的，再寫入FPGA的外部ROM。
【文檔編號】G01R23/02GK103777073SQ201410040819
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】胡利寧 申請人:胡利寧