基于諧振頻率測試的特殊環(huán)境物理參數提取裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于諧振頻率測試的特殊環(huán)境物理參數提取裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國內裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，許多特殊設備或特殊材料的加工制備及測試均 需要在特殊環(huán)境下（如高溫、高壓等）才能完成，部分關鍵組件長期處于特殊的環(huán)境中，需 要實時準確的監(jiān)測其所處特殊環(huán)境的物理參數數據。這些特殊環(huán)境下物理參數的獲取，對 裝備制造業(yè)工藝水平和產品技術指標的提高有著至關重要的作用，但是，由于受到特殊環(huán) 境的限制，這些物理參數的獲取方法卻無法在直接完成，只能借助于其他方法間接得到。
[0003] 傳統(tǒng)的物理參數提取方法無法實現(xiàn)物理參數的原位實時測試，只能借助于其他間 接方法來得到，如理論模型推導或者間接測試反推，但是，由于模型誤差和反推測試的實時 性較差，傳統(tǒng)測試方法存在測試結果不準確、響應速度慢等問題。此外，特殊環(huán)境下的物理 參數測試，通常包含很強的多頻、非規(guī)則背景雜波。一般來說，背景雜波強度遠超過測試設 備本身接收的信號，或者說接收的信號信噪比非常差。從頻域看，背景雜波與測試設備接收 信號的頻譜分布重疊，在頻域范圍內，很難對背景雜波信號進行有效抑制或消除，需另尋其 它方法。因此，如何降低物理參數提取設備的設計難度與材料成本、提高物理參數提取設備 的應用環(huán)境與傳輸距離，并從伴有高強度背景雜波中穩(wěn)定、可靠地檢測出物理參量是急需 解決的問題。
[0004] 如圖1所示，為一種利用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)高溫環(huán)境下壓力參數測試的裝置，此方法 環(huán)境適應性、實時性與準確度都較差，需要通過壓力傳導裝置間接測試壓力信號，不能保證 準確實時的表征要測試的物理參數。其次，壓力敏感裝置采用了有源壓力傳感器敏感元件 進行壓力信號轉換，需要進行加電處理，而在這種特殊環(huán)境下對有源器件性能要求很高，現(xiàn) 有的器件不能適應極端特殊環(huán)境，加大了器部件材料選擇難度和成本。因此，此方法制約著 特殊環(huán)境下物理參數的實時原位的測試。
[0005] 高溫壓力傳感器的壓力傳感器敏感元件（1-6)安裝在底部，在其頂部設置有傳壓 結構（1-1)，外部設置有保護外殼（1-5)，保護外殼底部為加電端口（1-6)，保護外殼的前端 是依次由第一層隔熱結構（1-2)、中間為具有儲熱結構的熱沉體（1-3)與底部為第二隔熱 結構（1-4)組成。高溫環(huán)境下測試壓力時，傳壓結構（1-1)首先通過隔熱結構（1-2)與儲 熱結構的熱沉體（1-3)，減少熱量向底部的傳遞，然后再通過一層隔熱結構（1-4)減緩熱沉 體（1-3)溫度傳遞到底部的壓力傳感器敏感元件（1-6)，使傳感器在高溫環(huán)境下工作時間 加長；加電端口（1-7)的底部插針為壓力傳感器敏感元件（1-6)的供電引腳。壓力傳感器 敏感元件（1-6)將感受到的壓力信號轉換為電信號，然后進過信號放大電路（1-8)進行放 大，放大后的信號經過測量控制電路（1-9)進行處理計算，最后進入記錄存儲電路（1-10)， 完成高溫環(huán)境下的壓力參數測試。
[0006] 現(xiàn)有的物理參數提取方法，不能適用于某些特殊環(huán)境（如高溫、高壓等）下的物理 參數測試，例如超過300°C無有效壓力原位測試手段、超過KKKTC無長時間溫度參數原位 測試手段，當下主要依賴于外推、引壓等間接測試方法，存在結果不準確、動態(tài)響應不夠等 問題，無法實現(xiàn)特殊環(huán)境下物理參數的實時檢測和控制。特殊環(huán)境下的物理參數測試技術 已經成為制約裝備性能提升的"瓶頸"。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供基于諧振頻率測試的特殊環(huán)境物理參 數提取裝置及方法，它具有利用微波諧振頻率法提取特殊環(huán)境下的物理參數，它具有物理 參數提取實時性強、準確度高的優(yōu)點。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0009] 基于諧振頻率測試的特殊環(huán)境物理參數提取裝置，包括：處在特殊環(huán)境下的發(fā)射 單元和處在普通環(huán)境下的接收單元；所述發(fā)射單元和接收單元之間通過發(fā)射天線和接收天 線通信；處在特殊環(huán)境下的發(fā)射單元內部設有無源的微波諧振結構；接收單元處于常溫常 壓，遠離了特殊環(huán)境；發(fā)射單元內部的微波諧振結構通過發(fā)射天線發(fā)射信號，接收單元的接 收天線接收信號，接收單元對接收信號進行處理后得到諧振頻率回波信號；
[0010] 微波諧振結構在不同的被測物理參數指標下，其諧振頻率回波信號的頻率會有相 應的改變，同被測物理參數呈單值一一對應關系，通過檢測諧振頻率回波信號的頻率，根據 諧振頻率與被測物理參數的對應關系，完成特殊環(huán)境下的物理參數的提取。
[0011] 所述微波諧振結構與發(fā)射天線連接；所述接收單元設有射頻源，所述射頻源發(fā)射 的信號，通過電橋分為兩路，其中一路信號與本振源的信號經由參考混頻器進行混頻，混頻 后的參考中頻信號IFjt為參考信號；
[0012] 另外一路信號發(fā)射到接收天線，利用接收天線提取發(fā)射天線的反射信號，接收到 的反射信號通過耦合器進入接收混頻器，利用接收混頻器與本振源進行混頻得到本振中頻 信號ifa;
[0013] 本振中頻信號正4與參考中頻信號正1；同時進入中頻放大調理單元進行調理比較， 調理比較后的信號通過A/D轉換器進行轉換，轉換后的信號進入信號轉換與處理平臺處 理，處理后得到特殊環(huán)境下的微波諧振結構諧振頻率的回波信號；
[0014] 所述發(fā)射天線的反射信號是由發(fā)射單元的微波諧振結構發(fā)射出來的。
[0015] 所述特殊環(huán)境是300°C以上的高溫環(huán)境，lOMpa以上的高壓環(huán)境。
[0016] 所述普通環(huán)境是指遠離高溫高壓的常溫常壓測試環(huán)境。
[0017] 所述特殊環(huán)境下被測物理參數包括溫度、壓力等參數指標。
[0018] 所述信號轉換與處理平臺將信號進行傅里葉反變換，得到回波信號的時域數據；
[0019] 再根據微波