[发明专利]一种基于毫米波的振动测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波的振动测量装置及方法，包括用于发射和接收微波波束的天线阵列单元，天线阵列单元依次通过毫米波收发单元和基带信号处理单元连接至数据采集及处理单元；毫米波收发单元生成毫米波信号通过天线阵列单元发出，还通过天线阵列单元接收回波信号，数据采集及处理单元根据接回波信号计算得出待测风机的振动状态；本发明利用毫米波阵列构造特定方向的波束，通过改变波束方向，可以同时对不同的测试点进行测试，只需要一个采集节点即可实现对风机的振动测量，降低了整个测量系统成本。

【技术领域】

本发明属于风机测试测量领域，尤其涉及一种基于毫米波的振动测量装置及方法。

【背景技术】

风机在冶金、化工及矿井等行业应用广泛。这些大功率风机需要长期不间断工作且转速较高，因此导致振动及噪声过大。随着使用时间的增长，这些风机自身振动将越来越显著，当振动超过一定幅度后，将严重影响自身正常工作，甚至造成生产事故，因此，对大功率风机的振动检测是一个十分重要的安全生产事项。

现有的振动检测方法有电涡流传感器及基于应变片等方式。其中，电涡流传感器利用了法拉第电磁感应原理，即金属导体置于交变磁场中时，导体内将产生涡旋状的感应电流。实际使用时候，在探头部加载一高频信号(如1MHz)，当振动发生时候会改变探头上信号的幅度及相位。如专利CN106969825A中，采用了电阻应变片振动传感探头及LC振动电路探头等方法。

另外一类为无线探测方法，专利CN101902831B中采用了无线传感器网络相关技术对测量信号进行无线传输，由各个节点采集相关数据，然后上传到中心节点。专利CN104568118A中，采用了可视化(“振动相机”)方法进行检测，其采用了多个激光振动传感器。这类方法需要放置传感器到风机上面，大部分对传感器本身要求较高，成本居高不下，难以大规模展开应用。专利CN104931126A中采用了激光及超声波进行振动检测，该方法对对准要求较高，激光的接收端必须对准发射端。该方法大大限制了测量场景，应用起来非常不便。

综上可知，以上方式，均需要设置至少2个采集节点，对风机状态进行采集，由于该类设备及采集节点制作成本高，若设置多个采集节点更是大大提高了测量装置的成本。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于毫米波的振动测量装置及方法，通过一个采集节点对风机进行振动测量，以达到降低风机振动测试成本的目的。

本发明采用以下技术方案：一种基于毫米波的振动测量装置，包括用于发射和接收微波波束的天线阵列单元，天线阵列单元依次通过毫米波收发单元和基带信号处理单元连接至数据采集及处理单元；

毫米波收发单元用于生成毫米波信号并对信号进行处理且传输至天线阵列单元，还用于对天线阵列单元接收的毫米波信号进行处理生成接收毫米波信号的正交分量Q和同相分量I，且将正交分量Q和同相分量I传输至基带信号处理单元；

基带信号处理单元用于对正交分量Q和同相分量I依次进行放大和滤波后发送至数据采集及处理单元，数据采集及处理单元用于根据接收信号的正交分量Q和同相分量I计算得出待测风机的振动状态。

进一步的，毫米波收发单元由信号发射单元和信号接收单元组成；

信号发射单元包括本机振荡器，本机振荡器的信号输出端通过功率放大器连接至第二功分器的信号输入端，第二功分器的第一信号输出端连接至信号接收单元，第二信号输出端连接至环形器的第二端口；环形器的第一端口通过单刀双掷开关连接至天线阵列单元，第三端口连接至信号接收单元；

信号接收单元包括与环形器第三端口连接的低噪声放大器，低噪声放大器的信号输出端连接至第一功分器的信号输入端，第一功分器的第一信号输出端通过移项器连接至第一混频器的第一信号输入端，第一功分器的第二信号输出端连接至第二混频器的第一信号输入端；