專利名稱：一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量儀器，尤其涉及一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器。
背景技術：
微波吸收涂料(簡稱吸波涂料)主要用于涂敷在某些設備表面，用于吸收照射到物體表面的微波(電磁波)的能量，從而減小物體表面對電磁波的反射。為衡量吸波涂料的性能，在“GJB 2038-1994雷達吸波材料反射率測試方法”中定義了吸波涂料的反射率，其用定量描述吸波涂料吸收電磁波的能力，并規定了反射率測量的樣件要求和測量方法，即在實驗室中通過測量一面涂敷有吸波涂料的金屬平板試驗樣件的手段來評估吸波涂料的反射率。 吸波涂料在涂敷到物體表面后，由于氣候、老化等原因，其吸波性能會逐漸下降，甚至不再起到吸波的作用，但是對于已經涂敷在物體表面的吸波材料，由于無法拆除(拆除即破壞)，所以沒有辦法在實驗室中應用上述方法來測量實際使用中吸波涂料的性能，只能通過專門的吸波涂料反射率現場測試儀對其吸波性能進行檢測評估。目前，存在兩種方法對涂覆于物體表面的吸波涂料性能進行檢測。一種是采用矢量網絡分析儀進行吸波涂料反射率性能現場測試的工作方式，如圖I所示，矢量網絡分析儀主機通過端口連接一根微波電纜，微波電纜的另外一端連接一個喇叭天線或波導等器件作為微波探頭。在進行測量時，將微波探頭貼在被測吸波涂料上，矢量網絡分析儀主機產生的微波信號經微波電纜后通過微波探頭向吸波涂料反射，部分電磁波能量被吸波涂料吸收，剩余的能量反射回來，再被微波探頭接收，供矢量網絡分析儀主機進一步的處理及分析從而測量反射率。其中微波探頭只是作為一個微波信號傳輸、輻射、接收的通道。另一種是采用一種專用的現場測量設備，包括吸波涂料反射率現場測量儀主機、微波電纜、傳感器和控制計算機，由主機生成相應頻段的微波信號，并經過脈沖調制(脈沖參數根據微波電纜的長度進行設計)后經微波電纜、傳感器(采用波導同軸轉換)入射到材料表面，經材料反射后的信號再經傳感器、微波電纜傳回主機，主機對回波信號直接進行檢波，并轉為數字信號采集，上傳至控制計算機進行標定處理，從而得到材料的反射率。但從實際應用的角度出發，上述兩種測量方式均存在一些問題，限制了這兩種方法的工程應用I、微波電纜對微波信號具有損耗效果，并且頻率越高，損耗越大，因此主機與微波探頭之間的微波電纜的長度受到限制，一般最長只能有3-5米，滿足不了很多現場測量的需求(要求電纜長度10米以上)。2、每一個微波探頭只能工作在一個特定的頻段，進行其他頻段的測量時，需要更換微波探頭。在更換不同頻段的微波探頭時，需要反復拆裝微波電纜，微波電纜很容易由于磨損而導致性能下降，增大對微波信號的損耗，從而造成測量誤差。3、實際應用中，一般需要在物體的多個位置上進行測量，操作者需要拿著微波探頭在幾米到十幾米的范圍內移動。微波信號從測試儀主機發出，通過微波電纜傳輸到微波探頭，由于微波信號的頻率很高(波長很短)，微波電纜的彎曲和微波接頭的松緊都會對微波信號的相位造成較大影響，會帶來校準或測量的誤差。4、矢量網絡分析儀是一種通用設備，其測量數據無法直觀的顯示出吸波涂料的反射率性能，必須將數據讀取出來，然后在電腦中通過專門編寫的軟件進行再次處理才能獲取結果，操作過程麻煩，對使用者具有較高的專業技術要求。由于上述缺點，上述兩種測量方法實際上是無法滿足實際工程應用。
發明內容
為了克服上述問題，本發明采用一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其用于在現場對已經涂敷在物體表面上的吸波涂料進行測量評估的一種專用儀表設備，非常適合于吸波涂料反射率現場測量的工程應用。 本發明提出了一種一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，包括測試儀主機100、連接電纜200和微波探頭300，其中主機100和微波探頭300之間通過連接電纜200連接，所述主機100，用于整個儀器的控制以及測試數據的采集、處理、存儲、顯示；所述微波探頭300，用于微波信號的生成、發射和預處理，所述微波探頭集成了微波電路和微波發射/接收前端，能夠產生微波信號并通過微波發射/接收前端向被測的吸波涂料發射，然后接收反射回來的信號進行初步處理后生成包含吸波涂料反射率信息的中頻信號；所述連接電纜200，用于中頻信號、數字信號等的傳輸以及對微波探頭300的供電，其包括中頻信號傳輸線、數字信號傳輸線及供電線，不包括微波電纜。進一步，所述主機100包括系統主控模塊、顯示模塊、數據采集模塊、電源管理模塊和人機交互模塊。系統主控模塊運行專用的控制及數據處理軟件，操作者通過測試儀主機上的人機交互模塊控制儀器的運行，顯示模塊顯示系統操作界面、工作狀態和測量結果，電源管理模塊為整套儀器提供電力，數據采集模塊對所述微波探頭傳回的中頻信號進行采集，由系統主控模塊進行處理。進一步，所述微波探頭300還具備人機交互功能，用于控制測試的開始以及計數。進一步，按工作頻段不同設計多種微波探頭300，并根據需要選擇連接在連接電纜200上的微波探頭300。進一步，所述中頻信號傳輸線用于將微波探頭300上生成的中頻信號從微波探頭300傳輸到測試儀主機100,所述數字信號傳輸線用于傳輸主機100和微波探頭300之間的通信信號，主機100通過所述供電線為微波探頭300供電。進一步，所述主機100還包括電池，主機能夠選擇直接采用電池供電或利用插座直接接外部電源供電。進一步，所述微波探頭300的前端口面以及波導腔體能夠根據需要進行設計。通過本發明提出的方案，本發明實現了以下效果I、由于將微波信號的相關電路集成到了微波探頭上，微波探頭與測試儀主機之間的連接電纜只需要傳輸中頻信號和數字信號，電纜對中頻信號及數字信號的衰減極小，因此電纜可以長達幾十米。2、由于反復拆裝探頭造成的磨損，對于傳輸中頻及數字信號的影響遠小于對于傳輸微波信號的影響，對測量造成的誤差可以忽略不計。3、由于中頻信號的頻率遠低于微波信號(1000倍以上)，信號波長遠大于微波信號的波長，由于電纜彎曲、接頭松動等所造成的信號相位變化是使用微波電纜時的千分之一以下，可以忽略不計，從而能夠減小測量誤差。4、采用單一主機配多部微波探頭，且只在探頭部分區分頻段，從而現寬帶測量的設計。5、主機可以采用電池供電或直接由電源插座供電，從而便于戶外現場測量。
圖I示出了采用矢量網絡分析儀進行吸波涂料反射率性能現場測試的工作方式。圖2示出了本發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的工作方式。圖3示出了本發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的立體圖。圖4示出了發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的功能框圖。圖5示出了發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器中的主機的具體實施方式
。圖6示出了連接電纜的一種具體實施方式
。圖7示出了微波探頭的立體圖。圖8示出了去除探頭盒體后的微波探頭內的結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。本發明提出了一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器。圖2示出了本發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的工作方式。吸波涂料反射率性能現場測試儀主機通過測試電纜連接微波探頭。在對吸波涂料進行測量時，由微波探頭生成微波信號，發射至吸波涂料表面，并接收回波信號，經微波探頭的處理后，形成包含吸波涂料反射率信息的中頻信號，經連接電纜傳回測試儀主機，由測試儀主機對這一中頻信號進行采集，再根據處理算法得到吸波涂料的反射率。圖3示出了本發明所設計的一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的立體圖。一種用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器包括主機100、連接電纜200和微波探頭300，其中主機100和微波探頭300之間通過連接電纜200連接。主機100負責整個儀器的控制以及測試數據的采集、處理、存儲、顯示等，包括系統主控模塊、顯示模塊、數據采集模塊、電源管理模塊和人機交互模塊。系統主控模塊運行專用的控制及數據處理軟件，操作者通過測試儀主機上的人機交互模塊控制儀器的運行，顯示模塊顯示系統操作界面、工作狀態和測量結果，電源管理模塊為整套儀器提供電力，數據采集模塊對所述微波探頭傳回的中頻信號進行采集，由系統主控模塊進行處理，將處理結果存儲，并在顯示模塊上顯示。主機內可以含有電池，以便于戶外現場的測量，實現便攜式設計；主機也可以利用插座直接接外部電源。微波探頭300主要負責微波信號的生成、發射和預處理，集成有微波電路和微波發射/接收前端，能夠產生微波信號并通過微波發射/接收前端向被測的吸波涂料發射，然后接收反射回來的信號進行初步處理，生成包含吸波涂料反射率信息的中頻信號。另外，微波探頭還可以具備一定的人機交互功能，可以進行控制測試的開始、計數等簡單操作。微波探頭按工作頻段不同可以有多種微波探頭，但工作時只能連接一種微波探頭，更換探頭不需更換系統主機和連接電纜，從而實現寬帶測量的設計。連接電纜200主要負責控制信號、數字信號等的傳輸以及微波探頭300的供電，其包括中頻信號傳輸線、數字信號傳輸線及供電線，其中的中頻信號傳輸線用于將微波探頭300上生成的中頻信號從微波探頭300傳輸到測試儀主機100中；數字信號傳輸線用于傳輸主機100和微波探頭300之間的通信信號；主機100通過連接電纜200中的供電線為微波探頭300供電。圖4示出了發明所設計的用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器的功能框圖。外部供電線路與電源管理模塊105相連，當外部提供電源時，電源管理電路105自動選擇由外部電源對整個儀器的各個部件進行供電，當主機100內包括電池時，可以同時對電池104進行充電(同時對電池剩余電量進行監控，充滿后自動停止充電)；當沒有外部電源時，由電源管理電路105控制電池104為整個儀器的各個部件供電，同時也對電池的剩余電量進行監控，當電量過低時向系統主控模塊106上的主控軟件發出警告信號。系統主控模塊106將軟件界面、測量結果、系統狀態等信息通過顯示總線傳送給顯示模塊103 (例如液晶屏)， 并在顯示模塊103上進行顯示。操作者可以通過人機交互模塊102上的按鍵對該儀器進行控制，按鍵信息通過按鍵總線傳送給系統主控模塊106，在系統主控模塊106上運行的軟件中對按鍵操作進行處理。人機交互模塊102上還可以設置標準的USB接口，這些接口與系統主控模塊106上的USB接口直接相連。系統主控模塊106通過控制及數據傳輸總線與數據采集模塊107相連，系統主控模塊106通過控制及數據傳輸總線對數據采集模塊107的工作狀態進行設置，數據采集模塊107采樣獲取的中頻回波數據通過控制及數據傳輸總線傳送給系統主控模塊106，系統主控模塊106在軟件中對數據做進一步的處理。數據采集模塊107對外通過連接電纜200與微波探頭300直接相連。圖5示出了發明所設計的用于吸波涂料反射率性能現場測試的儀器中的主機的一種具體實施方式
。具體地，主機100在結構上包括主機箱體501、面板502、液晶屏503、電池504、電源管理電路505、工控機506、數據采集電路507。電池504、電源管理電路505、工控機506、數據采集電路507可以安裝在主機箱體501內，液晶屏503安裝于面板502上，面板502上還可以設置有供人機交互使用的功能按鍵、連接電纜插座、交流供電插座等。專用的控制及數據處理軟件安裝于工控機內，完成測試儀控制，數據采集、處理、顯示、存儲等工作。圖6示出了連接電纜的一種具體實施方式
。在此實例中，連接電纜200包括電纜接頭201、電纜接頭202、電纜線203。電纜接頭201和202完全相同，其采用模擬信號/數字信號混裝接頭。電纜線203內部包含多股電纜，包括數字信號傳輸線、中頻信號傳輸線及供電線。通過焊接的方式，將電纜線內部的各種電纜分別與電纜接頭上對應性質的插座相連。圖7示出了微波探頭的一種具體實施方式
。在此實例中，微波探頭包括探頭盒體301、探頭電路302以及探頭前端303。其中探頭電路302放置于探頭盒體301中，探頭前端303的頂部嵌入探頭盒體301，探頭電路302的信號輸出/輸入端與探頭前端303的信號輸A /輸出端在探頭盒體301中連接起來。其中探頭電路302用于產生受控制的微波信號，并對信號進行預處理，然后經微帶-波導轉換電路將信號通過所述探頭前端303向外發射，探頭電路302還用于經所述微帶-波導轉換電路接收被吸波涂料反射的微波信號，對其處理后得到兩路包含有幅度相位信息的中頻信號，并通過連接電纜200傳輸給主機100。在探頭盒體301的頂蓋上可以根據需要安裝數碼管、LED燈、按鈕等探頭附件。圖8示出了去除探頭盒體后的微波探頭的結構圖，其示出了在探頭盒體301的內部，探頭電路302、探頭盒體的對外信號接頭308、探頭前端的波導蓋307、探頭前端的安裝座304、探頭前端的導波腔體305、探頭前端的法蘭306等幾個部件的組裝方式。探頭電路302安裝固定在探頭盒體301的主體內部，其一端嵌入在探頭前端的波導蓋307和探頭前端 的安裝座304之間。探頭前端的波導蓋307正好壓在探頭電路302上的微帶-波導轉換所處位置的背面，微帶-波導轉換的中心正對探頭前端的安裝座304的中心。探頭電路302對外連接的信號線連接到探頭盒體的對外信號接頭308上，實現與外部的信號傳輸。對吸波涂料進行測量時，由微波探頭300生成微波信號，發射至吸波涂料表面，并接收回波信號，經微波探頭300的處理后，形成包含吸波涂料反射率信息的中頻信號，經連接電纜200傳回主機100，由主機對所述中頻信號進行采集，再根據處理算法得到吸波涂料的反射率。反射率數據可以直接進行顯示，并以文件的形式存儲在測試儀主機內。在這種設計方式下，主機所處理的信號不限制微波前端的硬件結構，因此當使用具有不同功能、不同工作參數的微波探頭與主機搭配工作時，可以實現不同的測量功能，而不用更換主機。例如進行不同頻段的測量時，只需要更換對應工作頻段的微波探頭即可實現；對特殊種類吸波涂料進行測量時，只需要搭配具有專門設計的探頭前端導波結構的微波探頭即可實現；對特殊形狀的物體表面進行測量時，搭配使用探頭前端口面經過特殊設計的微波探頭即可實現。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，包括測試儀主機(100)、連接電纜(200)和微波探頭(300)，其中主機(100)和微波探頭(300)之間通過連接電纜(200)連接。
2.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于 所述主機(100)，用于整個儀器的控制以及測試數據的采集、處理、存儲、顯示； 所述微波探頭(300)，用于微波信號的生成、發射和預處理，所述微波探頭集成了微波電路和微波發射/接收前端，能夠產生微波信號并通過微波發射/接收前端向被測的吸波涂料發射，然后接收反射回來的信號進行初步處理后生成包含吸波涂料反射率信息的中頻信號; 所述連接電纜(200)，用于中頻信號、數字信號等的傳輸以及對微波探頭(300)的供電，其包括中頻信號傳輸線、數字信號傳輸線及供電線，不包括微波電纜。
3.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于,所述主機(100)包括系統主控模塊、顯示模塊、數據采集模塊、電源管理模塊和人機交互模塊，其中系統主控模塊運行專用的控制及數據處理軟件，操作者通過測試儀主機上的人機交互模塊控制儀器的運行，顯示模塊顯示系統操作界面、工作狀態和測量結果，電源管理模塊為整套儀器提供電力，數據采集模塊對所述微波探頭傳回的中頻信號進行采集，并交由系統主控模塊進行處理。
4.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于，所述微波探頭(300)還具備人機交互功能，用于控制測試的開始以及計數。
5.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于，按工作頻段不同設計多種微波探頭(300)，并根據需要選擇連接在連接電纜(200)上的微波探頭(300)。
6.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于，所述中頻信號傳輸線用于將微波探頭(300)上生成的中頻信號從微波探頭(300)傳輸到測試儀主機(100)，所述數字信號傳輸線用于傳輸主機(100)和微波探頭(300)之間的通信信號，主機(100)通過所述供電線為微波探頭(300)供電。
7.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于，所述主機(100)還包括電池，主機能夠選擇直接采用電池供電或利用插座直接接外部電源供電。
8.根據權利要求I所述的一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，其特征在于，所述微波探頭(300)的前端口面以及波導腔體能夠根據需要進行設計。
全文摘要
本發明提供了一種用于吸波涂料反射率性能現場測量的儀器，包括測試儀主機、連接電纜和微波探頭，主機和微波探頭之間通過連接電纜連接，主機用于控制儀器以及測試數據的采集、處理、存儲、顯示；微波探頭用于微波信號的生成、發射和預處理，集成了微波電路和微波發射/接收前端，能夠產生微波信號并通過微波發射/接收前端向吸波涂料發射，接收反射回波進行處理后生成包含反射率信息的中頻信號；連接電纜用于信號傳輸以及供電，包括中頻信號傳輸線、數字信號傳輸線及供電線。本發明由于微波探頭與主機之間不再傳遞微波信號，減少了電纜對信號的衰減以及測量誤差，同時單一主機配多部探頭，且只在探頭部分區分頻段，以實現寬帶測量。
文檔編號G01N22/00GK102798639SQ20121029041
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者彭剛, 王平, 薛昀 申請人:北京測威科技有限公司