密闭金属壳体内部结构监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及一种密闭金属壳体内部结构监测系统及其监测方法，用于监视密闭金属壳体内部的结构变化。

背景技术：

密闭金属壳体大量应用于各类工业设计中，例如多数电子设备采用金属壳体作为外壳，以增强其电磁兼容性；部分特殊材料需要放置在密闭金属壳体中保存，以保持材料的性能；屏蔽室、微波暗室等均采用封闭金属壳体结构进行设计，以减小外界电磁信号对室内测试的影响。

部分金属壳体不易拆卸或不允许拆卸，但又需要对其内部结构进行监视，以及时发现其内部结构发生的诸如零件脱落、部件移动变形、部件氧化等结构变化，方便第一时间进行维护，缩短维修周期，保障设备运行，由于壳体内部为黑暗环境，现有的监测设备通常难以实现对密闭金属壳体内部结构的监测。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明的第一个目的是提供一种密闭金属壳体内部结构监测系统，能够实现对密闭金属壳体内部结构的实时监测。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种密闭金属壳体内部结构监测系统，包括伸入金属壳体内，用于向密闭壳体内部发射电磁波的发射天线；安装在金属壳体内部的波前调制器，其连接有电路板和计算机，用于对金属壳体内的电磁波进行调制，该波前调制器包括若干调制单元，通过计算机和电路板能够控制开启或关闭各调制单元；用于接收金属壳体内的电磁波的接收天线，以及分别与发射天线和接收天线电性地连接的网络分析仪。

采用以上技术方案，定期利用网络分析仪对发射天线和接收天线之间的传输幅度进行测量，并与设备组装初期的标准数据进行比较，可以判断密闭金属壳体内部结构是否发生变化，通过电路板控制波前调制器各个调制单元的通断，能够形成不同的电磁波波束对金属壳体内部结构不同部位进行扫描。

优选地，所述调制单元包括介质基板，该介质基板的正反面均铺设有微带金属薄片，并在正面形成至少两段调制电路，相邻调制电路通过二极管连接，通过计算机和电路板能够控制各二极管导通或截止，采用以上结构，通过导通或截止二极管，可以使调制电路增长或变短，两种状态可以在不同频带内对电磁波进行反射或吸收，从而达到调制电磁波波束方向及幅度的目的。

为方便控制二极管的通断，所述波前调制器通过电缆与电路板连接，各调制单元的介质基板上在对应二极管的位置设有两个金属通孔，并通过导线连接到电缆的接口处。

作为优选，所述发射天线由金属壳体顶部伸入，接收天线自金属壳体一侧穿出，所述调制单元呈矩阵分布在金属壳体底部，这样的设计能够方便系统的组装。

作为优选，所述金属壳体在对应发射天线和接收天线位置分别设有同轴接口，以便发射天线和接收天线的安装，并确保安装位置的密封性能。

作为优选，所述电路板连接有直流电源，以便向电路板供电。

本发明还提供了上述密闭金属壳体内部结构监测系统的监测方法，包括以下步骤：

s1：在金属壳体内部结构完成组装的初期，利用网络分析仪测量发射天线与接收天线之间的电磁波传输幅度，并将测量数据存入计算机，建立标准数据；

s2：定期对发射天线与接收天线之间的电磁波传输幅度进行测量；

s3：将测量结果与标准数据进行比较，以判定金属壳体内部结构是否发生变化。

作为优选，所述步骤s1还包括通过电路板按预定逻辑开启或关闭对应的调制单元，使波前调制器具有若干工作模式，利用网络分析仪测量各种工作模式下，发射天线与接收天线之间的电磁波传输幅度，并将测量数据存入所述标准数据中，步骤s2包括测量发射天线与接收天线之间在波前调制器各种工作模式下的电磁波传输幅度。

有益效果：

采用本发明提供的密闭金属壳体内部结构监测系统，能够通过发射天线和接收天线之间电磁波传输幅度的变化判断密闭金属壳体内部结构不同部位的变化情况，从而实现对密闭金属壳体内部结构的实时监测。

附图说明

图1为根据本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中波前调制器的结构示意图；

图3为图2中调制单元正面的结构示意图；

图4为图2中调制单元背面的结构示意图；

图5至图12为不同模式下，经波前调制器调制后的电磁波波束仿真图；

图13至16分别为波前调制器不同模式下，当金属壳体内部部件不移动、移动1mm和移动10mm时，不同模式下的传输幅度对比图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的密闭金属壳体内部结构监测系统，包括发射天线2，波前调制器3、接收天线6和网络分析仪7，其中，发射天线2伸入金属壳体1内，用于向金属壳体1发射电磁波。

波前调制器3用于对金属壳体1内的电磁波的波前进行调制，该波前调制器3连接有电路板4和计算机5，通过计算机5和电路板4能够控制波前调制器3工作，以对金属壳体1内部反射电磁波波束的方向以及强度进行调制，为方便供电，电路板4还连接有直流电源41。

接收天线6用于接收金属壳体1内的电磁波，网络分析仪7分别与发射天线2和接收天线6电性连接，用于测量两个天线之间的传输幅度，通过传输幅度的变化，可以确定金属壳体1内部结构是否发生变化。

为方便描述，本实施例以锥形的金属壳体1为例，安装在其内部空间的圆柱体10模拟为该金属壳体1的内部结构，发射天线2由该金属壳体1顶端伸入，接收天线6设置在该金属壳体1一侧侧壁上，在对应发射天线2和接收天线6的位置均设有同轴接口9，并分别通过同轴电缆71连接至网络分析仪7的两个端口位置。

波前调制器3设置在金属壳体1底部，从图2可以看出，波前调制器3由多个呈矩阵分布的调制单元31构成。

图3和图4展示了调制单元31的具体结构，调制单元31由微带材料制成，包括介质基板310，介质基板310的正反面均铺设有微带金属薄片311，并在介质基板310的正面形成两段或两段以上的调制电路312，相邻两段调制电路312通过一个二极管313连接，介质基板310在对应各二极管313的位置设有两个金属通孔314，二极管313的两级通过导线315连接到与电路板4连接的电缆8的接口处。

通过计算机5和电路板4能够对控制各个二级管313进行导通或截止，二极管313导通，对应的调制单元31对电磁波进行反射，二极管313截止，对应的调制单元31对电磁波进行吸收，具体地，二极管313导通，则调制电路312增长，反之则变短，两种状态可以在某个频带内对电磁波进行反射或吸收，最终达到调制电磁波波束方向以及幅度的作用。

图5至图8为采用图2所示的3×3阵列的调制单元31时，不同调制单元31打开状态下，波前调制器3所调制出的电磁波波束仿真图，其中，图5为全开状态下的波束图，图6为4、5、6号调制单元31打开，其余关闭状态下的波束图，图7为2、4、5、6、8号调制单元31打开，其余关闭状态下的波束图，图8是1、2、3、7、8、9号调制单元31打开，其余关闭状态下的波束图。

调制单元31的分布形式根据金属壳体1形状及其内部结构布局情况可以进行调整，图9至图12为采用9×9阵列的调制单元31时，不同调制单元31打开状态下，波前调制器3所调制出的电磁波波束仿真图，其中，图9为调制单元31全开时的波束图，图10为阵列中第三列和第六列调制单元31打开，其余关闭状态下的波束图，图11为阵列中第二列和第七列调制单元31打开，其余关闭状态下的波束图，图12为另一状态下的波束图。

从以上波束仿真图可以看出，通过电路板4控制波前调制器3中对应的调制单元31打开或关闭，可以获得不同形式的电磁波波束，根据金属壳体1形状及内部结构选择合适的控制逻辑，能够对该金属壳体1内部的不同部位进行扫描。

上述密闭金属壳体内部结构监测系统的监测方法如下：

首先，在设备组装完成后，即金属壳体1内部结构完成装配，并将发射天线2、波前调制器3、接收天线6、网络分析仪7等系统模块组装后，利用网络分析仪7对初始状态下发射天线2和接收天线6之间的传输幅度进行测量，并将测量数据存入计算机5中，建立标准数据。

之后，利用网络分析仪7定期对发射天线2和接收天线6之间的传输幅度进行测量，将结果与标准数据进行比较，若发生变化，则可以判定金属壳体1内部结构发生了变化。

通过电路板4控制波前调制器3，调制出不同方向和幅度的电磁波波束，可以获得多组数据，根据比较结果可以反推金属壳体1内部结构发生变化的位置及幅度，为设备检修及维护提供参考数据。

图13示出了当波前调制器3采用3×3阵列，并且各调制单元31全部导通时，金属壳体1内部圆柱体10保持不动、移动1mm、移动10mm三种情况下发射天线2与接收天线6之间的传输幅度对比图。

图14为当圆柱体10不移动时，3×3阵列的波前调制器3不同工作模式下发射天线2与接收天线6之间的传输幅度对比图。

图15和图16分别是圆柱体10移动1mm和移动10mm后，波前调制器3不同工作模式下发射天线2与接收天线6之间的传输幅度对比图。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。