基于多普勒雷达的高层建筑结构振动频率测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于信号处理和检测技术领域，特别是一种基于多普勒雷达的高层建 筑结构振动频率测量装置。 技术背景
[0002] 当今社会，城市中出现了大量的高层及超高层建筑。在建筑越来越高的同时，轻质 高强的新型建筑材料也不断出现，使得高层结构的刚度与阻尼不断下降。高层建筑及超高 层建筑的特点是长细比大，在动力荷载（主要是风荷载）的作用下，就很容易产生振动和变 形。主要有如下几个方面：①由于与风向一致的风力作用引起的结构物的顺风向振动；② 结构物背后的漩涡引起结构物的横风向振动，对烟囱、高层建筑等一些自立式细长柱体结 构物尤不可忽视；③由别的建筑物尾流中的气流引起的振动；④由空气负阻尼引起横向失 稳式振动。在这种情况下，高层建筑物在强风状态下的安全状态颇令人担忧。为了避免引 起不必要的恐慌以及确保大楼安全，我们需要对这种大楼振动频率进行实时监控测量。 [0003]目前针对高层建筑结构振动这样的低频振动的监测方法一般为传感器测量，分为 相对式和绝对式两种测量方式。相对式测量包括光学测量，如干涉仪、光学多普勒测振仪、 光电摄影技术等，都属于相对式测量。其缺点是相对式测量需要有静止不动的基础，这对 于工程中振动测量是非常困难的；同时要求比较严格的环境条件，仪器价格也高，不适合 广泛使用。绝对式振动测量都是基于惯性质量一弹簧振动系统。根据其测量原理，是测量 敏感质量块与弹簧间的作用力，还是惯性质量块与壳体间的相对运动，分为低通型的加速 度计与高通型的速度传感器。而这种机械测量的方法也有其不可避免的缺陷，如灵敏度不 高；无法进行非接触式测量；所测频率范围有很大限制；机械设备易磨损；以及计算复杂， 两次积分后显然导致最后精确度下降等。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种基于多普勒雷达的高层建筑结构振动频率测量 装置，利用连续波多普勒雷达，实时准确地测量高层建筑结构振动频率，达到监测的目的。
[0005] 实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于多普勒雷达的高层建筑结构振 动频率测量装置，包括交流电源、耦合器、功率放大器、驱动放大器、发射天线、接收天线、低 噪声放大器和混频器，交流电源的输出端通过耦合器分别接入功率放大器、驱动放大器，功 率放大器的输出端接入发射天线，接收天线的输出端通过低噪声放大器接入混频器的一个 端口，驱动放大器的输出端接入混频器的另一个端口；
[0006] 所述交流电源产生射频信号，经耦合器分成两路信号，一路射频信号通过驱动放 大器输入混频器提供本振信号，另一路射频信号经功率放大器放大后送入发射天线发射出 去形成发射信号，该发射信号至振动的目标建筑结构后产生反射信号，所述反射信号由接 收天线接收后经低噪声放大器放大后送入混频器；混频器接收的两种信号混频后取下变频 信号，即得到多普勒频率。
[0007] 优选地，所述交流电源、耦合器、功率放大器和发射天线组成发射支路，接收天线、 低噪声放大器和混频器组成接收支路。
[0008] 优选地，所述交流电源输出的射频信号频率为24. 125GHz。
[0009] 优选地，所述功率放大器、驱动放大器相同，型号均为HMC863LP4E，增益为20dB， 插入损耗为lldB，回波损耗为15dB，PldB为24. 5dBm。
[0010] 优选地，所述低噪声放大器的型号为HMC517LC4,增益为20dB，噪声系数为2. 6dB， 插入损耗为15dB，回波损耗为17dB，PldB为13dBm。
[0011] 优选地，所述混频器的型号为HMC292LC3B，变频损耗为8dB，IdB压缩点为13dBm， IIP3 为 18dBm〇
[0012] 本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：（1)测量精度高：本装置信号处射 频波段，高达24. 125GHz，波长短，方向性好，因而具有测量误差很小，精度高的优点；（2)非 接触式测量：本装置与被测建筑结构无需直接接触即可检测到建筑结构的振动信息，可实 现远程监测，方便有效，灵活性高；（3)抗干扰力强：不受各种恶劣天气（如风、雨、雾、沙尘 暴等）的影响，能很好地穿透空气及大气中的烟尘颗粒到达被测目标，亦不受光线条件干 扰，满足在各种外部条件下测量的需要；(4)实时度好：本装置信号以光速传播，从发射信 号到接收反射回来的信号仅需几十万分之一秒，因而可监测出任何时间的建筑结构振动频 率并实时地传递出来，保证了信息的有效性和可靠性。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型基于多普勒雷达的高层建筑结构振动频率测量装置的模型图。
[0014] 图2为本实用新型基于多普勒雷达的高层建筑结构振动频率测量装置的结构原 理框图。
[0015] 图3为本实用新型基于多普勒雷达的高层建筑结构振动频率测量装置系统仿真 图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0017] 结合图1~2,本实用新型基于多普勒雷达的高层建筑结构（高楼、大桥等）结构 振动频率测量装置，包括交流电源、耦合器、功率放大器、驱动放大器、发射天线、接收天线、 低噪声放大器和混频器，交流电源的输出端通过耦合器分别接入功率放大器、驱动放大器， 功率放大器的输出端接入发射天线，接收天线的输出端通过低噪声放大器接入混频器的一 个端口，驱动放大器的输出端接入混频器的另一个端口；
[0018] 所述交流电源产生射频信号，经耦合器分成两路信号，一路射频信号通过驱动放 大器输入混频器提供本振信号，另一路射频信号经功率放大器放大后送入发射天线发射出 去形成发射信号，该发射信号至振动的目标建筑结构后产生反射信号，所述反射信号由接 收天线接收后经低噪声放大器放大后送入混频器；混频器接收的两种信号混频后取下变频 信号，即得到多普勒频率。
[0019] 上述多普勒雷达系统中关键模块的作用及功能如下：
[0020] (1)耦合器主要解决功率分配问题。本装置中，需要提供两路信号，一路为混频器 提供本振信号，一路经目标反射后与本振信号混频；两路信号共同作用后才能得到最终的 多普勒频率。
[0021] (2)功率放大器主要解决微弱信号放大的问题。因输入信号为小信号，所以必须在 传播过程中必须将其放大，提高增益，所以在发射天线前增加该功率放大器。
[0022] (3)低噪声放大器主要为提高输出信噪比以及扩大信号。低噪声放大器即噪声系 数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电 子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很 严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。
[0023] (4)混频器主要为得到下变频信号即我们所需要的多普勒频率。变频（或混 频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程，具有这种功能的电路称为变 频器或混频器。混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频，cosci cosP = [cos(a+0)+cos(a-0)]/2,其中α为信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。再通 过高频滤波，即可得到下变频信号。实际混频器由于二极管和晶体管具有极为复杂的非线 性，因而会产生各次谐波分量，也由滤波器一并滤除。