专利名称：一种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法
技术领域：
本发明涉及一种有限封闭空间状态变化的电磁波检测方法。
技术背景中国发明专利CN1276267C于2006年9月20日公开的"有限空 间边界和内部物体变化的电磁波检测方法"专利中介绍的电磁波检测方 法已经实现了对有限空间状态变化的检测方法，该检测方法简便、快速 和准确，改变了以往通过目测且效率低、精度差和劳动强度大的检测方 法。但是该电磁波检测方法中需要电磁场激励，既需要价格较高的电磁 波发射装置和接收装置，而且仅仅是利用超音频(VHF)和甚音频(UHF)段的电磁波来检测。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供了一种有限封闭空间状态变化 的无源低频电磁波检测方法，其利用了亚音频至超音频段的电磁波，且 检测设备成本较低。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，通过设在有限空间内的一个超声换能器接收该有限封闭空间受自然状态影响产 生的亚音频至超音频段的电磁波,并将其转换成电压信号,从而经过外设 信号处理系统处理后得到该有限封闭空间的实时状态。所述有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，其检测步 骤如下A.通过置于有限封闭空间内的超声换能器接收该有限封闭空间 受自然状态影响产生的机械横波，并将其转化成电压信号输入信号检测 与转换单元；B.所述输入信号检测与转换单元将接收到的电压信号整形 放大后输入信号处理与信息提取单元；C.所述信号处理与信息提取单元 统一处理所接收的信号，得出该被测有限封闭空间唯一的谐振频率和二 阶矩信息，并将其转换成分析矢量数据输入数据存贮单元备查询。进一步，所述有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法， 经过一定时间间隔,重复上述A至C步骤，得出此次该有限封闭空间对 应的谐振频率和二阶矩信息；信号处理与信息提取单元对储存在数据存 贮单元内的被测有限封闭空间前后两次对应的谐振频率和二阶矩信息 进行比对，若前后两次不一样，由数据输出单元将该比对结果输出，则 表明有限封闭空间状态有变化。所述声波换能器的增益系数是10dB~40dB。由上述公开技术方案可见，本发明利用有限封闭空间(腔体)谐振 频率的唯一性和二阶矩参数，实现对有限封闭空间边界发生延展、破裂 以及有限封闭空间内物体分布发生变化的状况的检测。而且，此检测方 法是无源检测，即无需外加电磁场激励，简单易行、形象直观、检测费 用较低，极易应用普及。
图1是本发明有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法所需装置的系统结构示意图；图2a、图2b分别是有限封闭空间状态变化前后的谐振频率和谱检 测段谱图；图3a、图3b分别是有限封闭空间状态变化前后的谐振频率和谱检 测段谱图；图4a、图4b分别是有限封闭空间状态变化前后的谐振频率和谱检 测段谱图；图中l一无源超声换能器，2—信号检测与转换单元，3—信号处 理与信息提取单元，4一数据存贮单元，5—数据输出单元， 6—有限封闭空间。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整地说明 一种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，通过设在 有限空间内的一个超声换能器接收该有限封闭空间受自然状态影响产 生的亚音频至超音频段的电磁波,并将其转换成电压信号,从而经过外设 信号处理系统处理后得到该有限封闭空间的实时状态。请参见图1:该有限封闭空间6变化的无源低频电磁波检测方法所 需装置的系统结构，包括放置在被测有限封闭空间内的多点多方向的无源声波换能器1、信号检测和转换单元2、信号处理与信息提取单元3 、 数据存储单元4和数据输出单元5，所述无源声波换能器1依次与所述 信号检测和转换单元2、信号处理与信息提取单元3 、数据存储单元4 和数据输出单元5电连接，所述数据存储单元4分别与所述信号处理与 信息提取单元3和数据输出单元5电连接。 '这种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，通过以下 步骤进行检测A. 通过置于有限封闭空间内的超声换能器接收该有限封闭空间受 自然状态影响产生的机械横波，并将其转化成电压信号输入信号检测与 转换单元；B. 所述输入信号检测与转换单元将接收到的电压信号整形放大后 输入信号处理与信息提取单元；C. 所述信号处理与信息提取单元统一处理所接收的信号，得出该被 测有限封闭空间唯一的谐振频率和二阶矩信息，并将其转换成分析矢量 数据输入数据存贮单元备査询。经过一定时间间隔，重复上述A至C步骤，得出此次该有限封闭空 间对应的谐振频率和二阶矩信息；信号处理与信息提取单元对储存在数据存贮单元内的被测有限封 闭空间前后两次对应的谐振频率和二阶矩信息进行比对，若前后两次不 一样，由数据输出单元将该比对结果输出，则表明有限封闭空间状态有 变化。图2 a和图2 b是第一组被测有限封闭空间状态变化前后(在机械外力作用下发生延展、破裂前后)的谐振频率和谱检测段谱图。图3 a和图3 b是第二组被测有限封闭空间状态变化前后(在机械 外力作用下发生延展、破裂前后)谐振频率和谱检测段谱图。图4 a和图4 b是第三组被测有限封闭空间状态变化前后(在机械 外力作用下发生延展、破裂前后)谐振频率和谱检测段谱图。在进行低频电磁场(声场)的信号检测过程中，为了提高检测的灵 敏度和准确性，要求换能器的增益系数尽可能大，使得电磁能量在传输 过程中尽可能被耦合，同时来自于非检测几何面上的电磁波能量尽可能 地被抑制。所述无源声波换能器的增益系数是优选范围是10dB-40dB， 本实施例中取30dB。该检测方法的工作机理由于声波在钢材(有限封闭空间的制造材 料)中的传播速度很高，纵波CL的传播速度为5900米/秒，横波CS 的传播速度为3230米/秒。因此次声和超声波的传播时间非常短。有限 封闭空间边界为机械横波的传播，此外有限封闭空间在外力的作用下会 产生简谐振荡产生唯一的与有限封闭空间几何形状相关的震荡频率。超 声波在不同介质中传播时能量消耗不同，而且不同介质对超声波的放射 能力也不同，于是利用这一特性，可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土 制品的内部结构和几何形变，各种悍接结构、紧固结构的质量检查，甚 至水库大坝内部是否有气泡、空洞和裂纹。本发明利用有限封闭空间6谐振频率的唯一性和二阶矩参数，利用 亚音频至超音频段的电磁波实现对有限封闭空间6边界发生延展、破裂 以及有限封闭空间6内物体分布发生变化的状况的检测。而且，此检测方法是无源检测，无须激励，简单易行、形象直观、费用较低，极易应 用普及。以上所述实施例，仅仅是本发明较佳的实施例，并不是用来限定本 发明的申请范围。因此，凡依本发明所述的结构、形状的简单变换都应 所述落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，其特征是，通过设在有限空间内的一个超声换能器接收该有限封闭空间受自然状态影响产生的亚音频至超音频段的电磁波，并将其转换成电压信号，从而经过外设信号处理系统处理后得到该有限封闭空间的实时状态。
2. 如权利要求1所述的有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，其特征是，其检测步骤如下A. 通过置于有限封闭空间内的超声换能器接收该有限封闭空间 受自然状态影响产生的机械横波，并将其转化成电压信号输 入信号检测与转换单元；B. 所述输入信号检测与转换单元将接收到的电压信号整形放大 后输入信号处理与信息提取单元；C. 所述信号处理与信息提取单元统一处理所接收的信号，得出 该被测有限封闭空间唯一的谐振频率和二阶矩信息，并将其 转换成分析矢量数据输入数据存贮单元备査询。
3. 如权利要求2所述的有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检 测方法，其特征是，A. 经过一定时间间隔,重复上述A至C步骤，得出此次该有限封 闭空间对应的谐振频率和二阶矩信息；B. 信号处理与信息提取单元对储存在数据存贮单元内的被测有 限封闭空间前后两次对应的谐振频率和二阶矩信息进行比 对，若前后两次不一样，由数据输出单元将该比对结果输出， 则表明有限封闭空间状态有变化。
4.如权利要求1或2或3所述的有限封闭空间状态变化的无源低频 电磁波检测方法，其特征是，所述声波换能器的增益系数是 10dB~40dB。
全文摘要
本发明涉及一种有限封闭空间状态变化的电磁波检测方法。公开了一种有限封闭空间状态变化的无源低频电磁波检测方法，其特征是，通过设在有限空间内的一个超声换能器接收该有限封闭空间受自然状态影响产生的亚音频至超音频段的电磁波，并将其转换成电压信号，从而经过外设信号处理系统处理后得到该有限封闭空间的实时状态。本发明利用有限封闭空间(腔体)谐振频率的唯一性和二阶矩参数，实现对有限封闭空间边界发生延展、破裂以及有限封闭空间内物体分布发生变化的状况的检测。而且，此检测方法是无源检测，即无需电磁场激励，简单易行、形象直观、检测费用较低，极易应用普及。
文档编号G01N29/12GK101226171SQ20081003256
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月11日 优先权日2008年1月11日
发明者周冀中, 萌 姚, 梁铁鹰 申请人:华东师范大学