[发明专利]一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统，压力参数实时提取与发射装置由微波式双谐振腔压力测试结构与发射天线组成，双谐振压力腔的工作频率相同，一个腔体受压力和温度的影响，另一个只受温度的影响；信号提取与处理装置由接收天线与处理模块组成，获取包含压力参数的微波谐振频率，由微波谐振频率与压力参数的关系解算出压力参数信息。本发明基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统有效去除温度对测试结果的影响，提高了接收到的谐振回波信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统，还涉及一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试方法。

背景技术

在军用测试方面，随着国内装备制造业的快速发展，许多特殊设备或特殊材料的加工制备及测试均需要在高温高压中才能完成，部分关键组件长期处于这种高温高压的环境中，需要实时准确监测其所处环境中的压力参数数据。在民用测试方面，如飞机与汽车制造行业的快速变化和要求，为了保证行使安全，同样需要实时测试如发动机与轮胎内高温高压下的压力参数信息。但是，由于受到高温高压环境的限制，有源压力参数测试系统无法适应更高环境温度的要求，而传统间接测试压力参数的方法更是无法实时准确的提取参数信息。

传统间接式参数提取方法无法实现压力参数的实时测试，只能借助于理论模型推导或者间接测试反推，但是，由于模型误差和反推测试的实时性较差，传统测试方法存在测试结果不准确、响应速度慢等问题。

而直接压力参数测试，如在汽车轮胎气压监测系统(TPMS)中，数据传输虽然也采用了蓝牙传输等无线的传输方式，但其压力敏感单元依然采取了有源测试方法，利用有源芯片提取压力参数信息，需要采用电池进行供电，存在使用期限的难题，同时，有源电路也大大限制了压力测试系统的使用环境温度，通常高于100℃将无法使用，因此，传统直接式压力测试系统同样有很大的局限性。

如图1所示为基于磁耦合共振的无线供电式压力传感系统原理图，系统主要包括：无线供电单元1-1、主控接收单元1-2、传感器监测单元1-3与蓄电池供电电源1-4。基于磁耦合共振的无线供电技术是将电能转换为磁场能量传输，根据无线供电的原理，无线供电电路主要包括高频信号发生电路、功率放大电路、能量耦合器和交/直流转换电路，其中能量耦合器包括能量发射端和能量接收端两部分，能量发射端连接功率放大电路的输出端，能量接收端连接至交/直流转换电路的输入端；交/直流转换电路主要包括整流电路、滤波电路和稳压电路。

直接压力参数测试方法所采用的有源电路大大限制了压力测试系统的使用环境温度，通常高于100℃将无法使用，因此，传统直接式压力测试系统同样有很大的局限性。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于微波校准技术的双谐振腔压力测试系统，包括两部分，一是置于高温高压环境中的压力参数实时提取与发射装置，二是工作于常温常压下的信号提取与处理装置；

压力参数实时提取与发射装置由微波式双谐振腔压力测试结构与发射天线组成，双谐振压力腔的工作频率相同，一个腔体受压力和温度的影响，另一个只受温度的影响，工作时，利用压力传输孔将被测环境的压力气体引入到其中一个谐振腔内部，不同压力与温度下，谐振腔内部将产生膨胀形变，而谐振频率也会随形变产生变化；另一个谐振腔，谐振频率变换只受到温度的影响，利用两个谐振腔的谐振频率变化差实现微波校准；

信号提取与处理装置由接收天线与处理模块组成，获取包含压力参数的微波谐振频率，由微波谐振频率与压力参数的关系解算出压力参数信息。

可选地，所述微波式双谐振腔压力测试结构包括：压力参数提取装置空腔、温度单敏感式微波谐振腔、压力与温度双敏感式微波谐振腔、压力传输矩形孔、微波信号耦合传输探针、调谐螺钉；