專利名稱：一種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有限封閉空間狀態(tài)變化的電磁波檢測方法。
技術(shù)背景中國發(fā)明專利CN1276267C于2006年9月20日公開的"有限空 間邊界和內(nèi)部物體變化的電磁波檢測方法"專利中介紹的電磁波檢測方 法已經(jīng)實現(xiàn)了對有限空間狀態(tài)變化的檢測方法，該檢測方法簡便、快速 和準確，改變了以往通過目測且效率低、精度差和勞動強度大的檢測方 法。但是該電磁波檢測方法中需要電磁場激勵，既需要價格較高的電磁 波發(fā)射裝置和接收裝置，而且僅僅是利用超音頻(VHF)和甚音頻(UHF)段的電磁波來檢測。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種有限封閉空間狀態(tài)變化 的無源低頻電磁波檢測方法，其利用了亞音頻至超音頻段的電磁波，且 檢測設(shè)備成本較低。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，通過設(shè)在有限空間內(nèi)的一個超聲換能器接收該有限封閉空間受自然狀態(tài)影響產(chǎn) 生的亞音頻至超音頻段的電磁波,并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號,從而經(jīng)過外設(shè) 信號處理系統(tǒng)處理后得到該有限封閉空間的實時狀態(tài)。所述有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，其檢測步 驟如下A.通過置于有限封閉空間內(nèi)的超聲換能器接收該有限封閉空間 受自然狀態(tài)影響產(chǎn)生的機械橫波，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號輸入信號檢測 與轉(zhuǎn)換單元；B.所述輸入信號檢測與轉(zhuǎn)換單元將接收到的電壓信號整形 放大后輸入信號處理與信息提取單元；C.所述信號處理與信息提取單元 統(tǒng)一處理所接收的信號，得出該被測有限封閉空間唯一的諧振頻率和二 階矩信息，并將其轉(zhuǎn)換成分析矢量數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存貯單元備查詢。進一步，所述有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法， 經(jīng)過一定時間間隔,重復(fù)上述A至C步驟，得出此次該有限封閉空間對 應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息；信號處理與信息提取單元對儲存在數(shù)據(jù)存 貯單元內(nèi)的被測有限封閉空間前后兩次對應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息 進行比對，若前后兩次不一樣，由數(shù)據(jù)輸出單元將該比對結(jié)果輸出，則 表明有限封閉空間狀態(tài)有變化。所述聲波換能器的增益系數(shù)是10dB~40dB。由上述公開技術(shù)方案可見，本發(fā)明利用有限封閉空間(腔體)諧振 頻率的唯一性和二階矩參數(shù)，實現(xiàn)對有限封閉空間邊界發(fā)生延展、破裂 以及有限封閉空間內(nèi)物體分布發(fā)生變化的狀況的檢測。而且，此檢測方 法是無源檢測，即無需外加電磁場激勵，簡單易行、形象直觀、檢測費 用較低，極易應(yīng)用普及。


圖1是本發(fā)明有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法所需裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a、圖2b分別是有限封閉空間狀態(tài)變化前后的諧振頻率和譜檢 測段譜圖；圖3a、圖3b分別是有限封閉空間狀態(tài)變化前后的諧振頻率和譜檢 測段譜圖；圖4a、圖4b分別是有限封閉空間狀態(tài)變化前后的諧振頻率和譜檢 測段譜圖；圖中l(wèi)一無源超聲換能器，2—信號檢測與轉(zhuǎn)換單元，3—信號處 理與信息提取單元，4一數(shù)據(jù)存貯單元，5—數(shù)據(jù)輸出單元， 6—有限封閉空間。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步清楚、完整地說明 一種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，通過設(shè)在 有限空間內(nèi)的一個超聲換能器接收該有限封閉空間受自然狀態(tài)影響產(chǎn) 生的亞音頻至超音頻段的電磁波,并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號,從而經(jīng)過外設(shè) 信號處理系統(tǒng)處理后得到該有限封閉空間的實時狀態(tài)。請參見圖1:該有限封閉空間6變化的無源低頻電磁波檢測方法所 需裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括放置在被測有限封閉空間內(nèi)的多點多方向的無源聲波換能器1、信號檢測和轉(zhuǎn)換單元2、信號處理與信息提取單元3 、 數(shù)據(jù)存儲單元4和數(shù)據(jù)輸出單元5，所述無源聲波換能器1依次與所述 信號檢測和轉(zhuǎn)換單元2、信號處理與信息提取單元3 、數(shù)據(jù)存儲單元4 和數(shù)據(jù)輸出單元5電連接，所述數(shù)據(jù)存儲單元4分別與所述信號處理與 信息提取單元3和數(shù)據(jù)輸出單元5電連接。 '這種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，通過以下 步驟進行檢測A. 通過置于有限封閉空間內(nèi)的超聲換能器接收該有限封閉空間受 自然狀態(tài)影響產(chǎn)生的機械橫波，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號輸入信號檢測與 轉(zhuǎn)換單元；B. 所述輸入信號檢測與轉(zhuǎn)換單元將接收到的電壓信號整形放大后 輸入信號處理與信息提取單元；C. 所述信號處理與信息提取單元統(tǒng)一處理所接收的信號，得出該被 測有限封閉空間唯一的諧振頻率和二階矩信息，并將其轉(zhuǎn)換成分析矢量 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存貯單元備査詢。經(jīng)過一定時間間隔，重復(fù)上述A至C步驟，得出此次該有限封閉空 間對應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息；信號處理與信息提取單元對儲存在數(shù)據(jù)存貯單元內(nèi)的被測有限封 閉空間前后兩次對應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息進行比對，若前后兩次不 一樣，由數(shù)據(jù)輸出單元將該比對結(jié)果輸出，則表明有限封閉空間狀態(tài)有 變化。圖2 a和圖2 b是第一組被測有限封閉空間狀態(tài)變化前后(在機械外力作用下發(fā)生延展、破裂前后)的諧振頻率和譜檢測段譜圖。圖3 a和圖3 b是第二組被測有限封閉空間狀態(tài)變化前后(在機械 外力作用下發(fā)生延展、破裂前后)諧振頻率和譜檢測段譜圖。圖4 a和圖4 b是第三組被測有限封閉空間狀態(tài)變化前后(在機械 外力作用下發(fā)生延展、破裂前后)諧振頻率和譜檢測段譜圖。在進行低頻電磁場(聲場)的信號檢測過程中，為了提高檢測的靈 敏度和準確性，要求換能器的增益系數(shù)盡可能大，使得電磁能量在傳輸 過程中盡可能被耦合，同時來自于非檢測幾何面上的電磁波能量盡可能 地被抑制。所述無源聲波換能器的增益系數(shù)是優(yōu)選范圍是10dB-40dB， 本實施例中取30dB。該檢測方法的工作機理由于聲波在鋼材(有限封閉空間的制造材 料)中的傳播速度很高，縱波CL的傳播速度為5900米/秒，橫波CS 的傳播速度為3230米/秒。因此次聲和超聲波的傳播時間非常短。有限 封閉空間邊界為機械橫波的傳播，此外有限封閉空間在外力的作用下會 產(chǎn)生簡諧振蕩產(chǎn)生唯一的與有限封閉空間幾何形狀相關(guān)的震蕩頻率。超 聲波在不同介質(zhì)中傳播時能量消耗不同，而且不同介質(zhì)對超聲波的放射 能力也不同，于是利用這一特性，可以用超聲波探測金屬、陶瓷混凝土 制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和幾何形變，各種悍接結(jié)構(gòu)、緊固結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢查，甚 至水庫大壩內(nèi)部是否有氣泡、空洞和裂紋。本發(fā)明利用有限封閉空間6諧振頻率的唯一性和二階矩參數(shù)，利用 亞音頻至超音頻段的電磁波實現(xiàn)對有限封閉空間6邊界發(fā)生延展、破裂 以及有限封閉空間6內(nèi)物體分布發(fā)生變化的狀況的檢測。而且，此檢測方法是無源檢測，無須激勵，簡單易行、形象直觀、費用較低，極易應(yīng) 用普及。以上所述實施例，僅僅是本發(fā)明較佳的實施例，并不是用來限定本 發(fā)明的申請范圍。因此，凡依本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)、形狀的簡單變換都應(yīng) 所述落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，其特征是，通過設(shè)在有限空間內(nèi)的一個超聲換能器接收該有限封閉空間受自然狀態(tài)影響產(chǎn)生的亞音頻至超音頻段的電磁波，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，從而經(jīng)過外設(shè)信號處理系統(tǒng)處理后得到該有限封閉空間的實時狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，其特征是，其檢測步驟如下A. 通過置于有限封閉空間內(nèi)的超聲換能器接收該有限封閉空間 受自然狀態(tài)影響產(chǎn)生的機械橫波，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號輸 入信號檢測與轉(zhuǎn)換單元；B. 所述輸入信號檢測與轉(zhuǎn)換單元將接收到的電壓信號整形放大 后輸入信號處理與信息提取單元；C. 所述信號處理與信息提取單元統(tǒng)一處理所接收的信號，得出 該被測有限封閉空間唯一的諧振頻率和二階矩信息，并將其 轉(zhuǎn)換成分析矢量數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存貯單元備査詢。
3. 如權(quán)利要求2所述的有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢 測方法，其特征是，A. 經(jīng)過一定時間間隔,重復(fù)上述A至C步驟，得出此次該有限封 閉空間對應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息；B. 信號處理與信息提取單元對儲存在數(shù)據(jù)存貯單元內(nèi)的被測有 限封閉空間前后兩次對應(yīng)的諧振頻率和二階矩信息進行比 對，若前后兩次不一樣，由數(shù)據(jù)輸出單元將該比對結(jié)果輸出， 則表明有限封閉空間狀態(tài)有變化。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻 電磁波檢測方法，其特征是，所述聲波換能器的增益系數(shù)是 10dB~40dB。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有限封閉空間狀態(tài)變化的電磁波檢測方法。公開了一種有限封閉空間狀態(tài)變化的無源低頻電磁波檢測方法，其特征是，通過設(shè)在有限空間內(nèi)的一個超聲換能器接收該有限封閉空間受自然狀態(tài)影響產(chǎn)生的亞音頻至超音頻段的電磁波，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，從而經(jīng)過外設(shè)信號處理系統(tǒng)處理后得到該有限封閉空間的實時狀態(tài)。本發(fā)明利用有限封閉空間(腔體)諧振頻率的唯一性和二階矩參數(shù)，實現(xiàn)對有限封閉空間邊界發(fā)生延展、破裂以及有限封閉空間內(nèi)物體分布發(fā)生變化的狀況的檢測。而且，此檢測方法是無源檢測，即無需電磁場激勵，簡單易行、形象直觀、檢測費用較低，極易應(yīng)用普及。
文檔編號G01N29/12GK101226171SQ20081003256
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者周冀中, 萌 姚, 梁鐵鷹 申請人:華東師范大學(xué)