一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置的制作方法

1.本实用新型涉及特种设备检测技术领域，尤其涉及一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置。


背景技术：

2.目前在石化企业的罐体、球体定期检测依然采用传统人工脚手架定点检测方式，检测人员手持超声波测厚仪边涂抹耦合剂边测量。这种测试方式耗费的成本较高，检测周期较长，对于检验人员存在重大安全隐患。为了解决这个问题，目前将爬壁机器人应用到大型金属罐体设备、大型机械装置的特种检测领域中，爬壁机器人搭载基于2.4g数据远距离实时传输装置以及摄像头在磁性材料上爬行测量时，检测人员可远程控制爬壁机器人在磁性材料上进行作业，并在作业时产生高压缩比的数据流，再通过无线wifi点对点的方式发送到任意的显示终端，然后由显示终端完成视频实时显示、录像、拍照、数据双向透传等应用功能的处理工作。实际应用中，爬壁机器人搭载基于2.4g数据远距离实时传输装置在磁性材料上爬行测量时，控制信号和爬壁机器人的通讯信号易受磁场干扰，导致2.4g数据远距离实时传输装置在通讯过程中易发生信号丢失、信号中断的问题，爬壁机器人无法将摄像头的数据流传输给显示终端，无法完成作业，并且一旦爬壁机器人的控制信号中断严重情况会导致爬壁机器人脱落，发生安全事故。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置，采用超外差变频方案将2.4g射频信号变频到网线能承载的低中频进行长距离传输，同时，设置多个带通滤波器，可以抑制自干扰失真和杂散，避免组合频率干扰失真和磁场干扰信号混入收发信道，降低收发通道的干扰，提高爬壁机器人的信号收发能力。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提出了一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置，采用超外差变频方案将2.4g射频信号变频到网线能承载的低中频进行长距离传输，同时，设置多个带通滤波器，可以抑制自干扰失真和杂散，避免组合频率干扰失真和磁场干扰信号混入收发信道，降低收发通道的干扰，提高爬壁机器人的信号收发能力。
4.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置，其包括控制器、下变频单元和上变频单元，上变频单元包括功率放大器、第一带通滤波器、第一混频器、第一本振电路、第二带通滤波器、放大器、第三带通滤波器和天线；
5.控制器的2.4g射频信号输出端通过下变频单元与功率放大器的输入端电性连接，功率放大器的输出端通过第一带通滤波器与第一混频器的第一输入端电性连接，第一本振电路与第一混频器的第二输入端电性连接，第一混频器的输出端通过顺次连接的第二带通滤波器、放大器、第三带通滤波器与天线连接。
6.在以上技术方案的基础上，优选的下变频单元包括第二混频器、第二本振电路、低
通滤波器和射频放大器；
7.控制器的2.4g射频信号输出端与第二混频器的第一输入端电性，第二本振电路的输出端与第二混频器的第二输入端电性连接，第二混频器的输出端通过低通滤波器和射频放大器与功率放大器的输入端电性连接。
8.在以上技术方案的基础上，优选的上变频单元还包括数控衰减器和中频放大器；
9.功率放大器的输出端通过顺次连接的第一带通滤波器、数控衰减器、中频放大器与第一混频器的第一输入端电性连接。
10.第一混频器的输出端通过顺次连接的第二带通滤波器、前级放大器、后级放大器、第三带通滤波器与天线连接。
11.在以上技术方案的基础上，优选的第一带通滤波器包括：tb1036a滤波器、电感l1、电感l2、电容c1和电容c2；
12.功率放大器的输出端分别与电感l1的一端和电容c1的一端电性连接，电感l1的另一端接地，电容c1的另一端与tb1036a滤波的k引脚电性连接，tb1036a滤波的e引脚通过电感l2分别与电容c2的一端以及第一混频器的第一输入端电性连接，电容c2的另一端接地。
13.在以上技术方案的基础上，优选的第一带通滤波器的带宽为120m～140mhz。
14.在以上技术方案的基础上，优选的第二带通滤波器选用885171带通滤波器。
15.在以上技术方案的基础上，优选的第二带通滤波器和第三带通滤波器的带宽均为2427m～2447mhz。
16.在以上技术方案的基础上，优选的第一本振电路的本振频率为2307mhz，第二本振电路的本振频率为130mhz。
17.本实用新型的一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置相对于现有技术具有以下有益效果：
18.(1)通过采用超外差变频方案将2.4g射频信号变频到网线能承载的低中频进行长距离传输，然后在远端天线处再将低中频信号上变频还原到2.4ghz wifi所工作的高频段，可以提高爬壁机器人的信号收发能力，同时提高信号的抗干扰能力；
19.(2)通过在下变频单元中第二混频器的输出端设置低通滤波器，可以抑制自干扰失真，抑制第二混频器在混频时引入的组合频率干扰失真，降低组合频率干扰失真对收发信道的造成干扰；
20.(3)通过在上变频单元中的第一混频器的第一输入端设置第一带通滤波器，可以抑制杂散，避免组合频率干扰失真和磁场干扰信号混入收发信道；
21.(4)通过在上变频单元中的第一混频器的输出端分别设置第二带通滤波器和第三带通滤波器，可以对射频信号进行自干扰失真抑制，抑制第二混频器在混频时引入的组合频率干扰失真，降低组合频率干扰失真对收发信道的造成干扰。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置的结构图；
24.图2为本实用新型一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置中第一带通滤波器和数控衰减器的电路图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
26.爬壁机器人搭载基于2.4g数据远距离实时传输装置在磁性材料上爬行测量时，控制信号和爬壁机器人的通讯信号易受磁场干扰，导致2.4g数据远距离实时传输装置在通讯过程中易发生信号丢失、信号中断的问题，一旦爬壁机器人的控制信号中断严重情况会导致爬壁机器人脱落，发生安全事故。因此，为了解决这个问题，如图1所示，本实用新型的一种多功能检测智能机器人可靠性检测信号传输装置，其包括控制器、下变频单元和上变频单元。
27.控制器，用于产生2.4g射频信号。可以选用市面上现有的wifi芯片产生2.4g射频信号。在此不限制wifi芯片的型号。
28.由于爬壁机器人在磁性材料上爬行测量时，2.4g射频信号易受磁性材料的磁场干扰导致爬壁机器人信号丢失，无法实现远距离无线通信，为了提高射频信号的抗干扰能力以及实现远距离通信的目的，本实施例采用超外差变频方案将2.4g射频信号变频到网线能承载的低中频进行100m长距离传输，然后在远端天线处再将低中频信号上变频还原到2.4ghz wifi所工作的高频段，从而使wifi基带与射频天线的分离。
29.由于本实施例采用超外差变频方案实现wifi远距离通信，但是超外差变频方案在混频时会引入组合频率干扰失真，包括自干扰失真和寄生通道干扰失真。其中，自干扰失真为混频器输入中频或射频与本振组合产生，对收发主信道或其他信道造成干扰；寄生通道干扰失真为混频器输入伴有干扰信号，干扰信号与本振的组合频率对收发主信道造成干扰。下变频可以采用射频滤波器对寄生通道干扰失真抑制，上变频采用射频滤波器进行自干扰失真抑制，但射频滤波器带宽较宽，对杂散的抑制度较低，因此，下变频中无法抑制寄生通道干扰失真，上变频中无法抑制自干扰失真。为了解决上述问题，本实施例在下变频单元中设置低通滤波器，对混频后的低中频信号进行寄生通道干扰失真抑制；在上变频单元中设置了多个带通滤波器，并且为每个带通滤波器选择合适的中心频率，能够抑制上变频自干扰失真。
30.优选的，本实施例中，如图1所示，下变频单元包括第二混频器、第二本振电路、低通滤波器和射频放大器；控制器的2.4g射频信号输出端与第二混频器的第一输入端电性，第二本振电路的输出端与第二混频器的第二输入端电性连接，第二混频器的输出端通过低通滤波器和射频放大器与功率放大器的输入端电性连接。其中，第二混频器将2.4g射频信号下混至低中频130mhz，使射频信号可以在网线中传输；在下变频时，第二本振电路为第二混频器提供本振频率，即130mhz。下变频后的射频信号经过低通滤波器抑制自干扰失真，再
经过射频放大器进行功率放大。本实施例中，第二混频器、第二本振电路、低通滤波器和射频放大器可以采用现有技术实现，在此不再累述。例如，第二混频器可以选用mac-42mh+混频器，低通滤波器可以采用lfcn-160+滤波器，射频放大器可以采用放大器pha-1+和高线性放大器pha-13hln+进行低中频放大。
31.本实施例中，一方面，上变频中无法抑制自干扰失真，另一方面，爬壁机器人所处环境的磁场干扰信号也会以低中频形式在网线上进行传输，磁场干扰信号混入收发信道，影响爬壁机器人信号接收和传输的能力。为了提高爬壁机器人的信号收发能力，降低收发通道的干扰，如图1所示，本实施例的上变频单元具体包括功率放大器、第一带通滤波器、数控衰减器、中频放大器、第一混频器、第一本振电路、第二带通滤波器、放大器、第三带通滤波器和天线；其中，控制器的2.4g射频信号输出端通过下变频单元与功率放大器的输入端电性连接，功率放大器的输出端通过顺次连接的第一带通滤波器、数控衰减器、中频放大器与第一混频器的第一输入端电性连接，第一本振电路与第一混频器的第二输入端电性连接，第一混频器的输出端通过顺次连接的第二带通滤波器、放大器、第三带通滤波器与天线连接。
32.其中，功率放大器对下变频单元输出的低中频130mhz进行功率放大。功率放大器可选用射频放大器pha-1，其增益为5db。
33.第一带通滤波器，用于抑制杂散，避免组合频率干扰失真和磁场干扰信号混入收发信道。优选的，如图2所示，第一带通滤波器包括：tb1036a滤波器、电感l1、电感l2、电容c1和电容c2；具体的，功率放大器的输出端分别与电感l1的一端和电容c1的一端电性连接，电感l1的另一端接地，电容c1的另一端与tb1036a滤波的k引脚电性连接，tb1036a滤波的e引脚通过电感l2分别与电容c2的一端以及第一混频器的第一输入端电性连接，电容c2的另一端接地。其中，电感l1和电容c1组成了高通滤波器，电感l2和电容c2组成了低通滤波器，通过配置电感l1、电感l2、电容c1和电容c2的参数可以得到不同带宽的带通滤波器，本实施例中，第一带通滤波器的带宽为120m～140mhz。
34.数控衰减器和中频放大器，用于实现对射频信号的可调衰减和可调放大。其中，数控衰减器可选用hmc624a进行可调衰减，保证输入至第一混频器的信号功率不会因下变频单元输出信号波动而变。中频放大器可选用放大器pha-1+进行可调放大。其中，hmc624a的d0-d5通过数据传输线与控制器连接；hmc624a的引脚1-4和引脚15-17通过串行总线与控制器连接。tb1036a滤波的e引脚通过电感l2与hmc624a的attin引脚电性连接，hmc624a的attout引脚与放大器pha-1+的rfin引脚电性连接，放大器pha-1+的rfout引脚与第一混频器的第一输入端电性连接。
35.第一混频器和第一本振电路，第一混频器对130mhz射频信号进行超外差混频，将130mhz射频信号混至射频2.4g频段，同时第一本振电路提供2307mhz本振频率。本实施例中，并不涉及对第一混频器和第一本振电路的结构改进，可采用现有技术实现。例如，第一混频器可以选用mac-42mh+混频器。
36.第二带通滤波器和第三带通滤波器，对射频信号进行自干扰失真抑制。其中，第二带通滤波器和第三带通滤波器均可选用885171带通滤波器，并且第二带通滤波器和第三带通滤波器的带宽均为2427m～2447mhz。
37.放大器，串联在第二带通滤波器和第三带通滤波器的中间，对射频信号进行放大，
以达到2.4g射频信号所需的射频功率。采用一级放大难以达到2.4g射频信号所需的射频功率，因此，本实施例采用两级放大，具体的，放大器包括前级放大器和后级放大器；第一混频器的输出端通过顺次连接的第二带通滤波器、前级放大器、后级放大器、第三带通滤波器与天线连接。优选的，前级放大器选用放大器tqp3m9047，后级放大器选用放大器spf-5122z。
38.本实施例的工作原理为：控制器输出2.4g射频信号至下变频单元，下变频单元中第二混频器将2.4g射频信号下变频至130mhz射频信号，同时第二本振电路为第二混频器提供130mhz的本振频率，130mhz射频信号经过低通滤波器抑制自干扰失真，再经过射频放大器进行功率放大，放大后时射频信号经过网线传输至上变频单元，上变频单元中的功率放大器对射频信号放大，放大后的射频信号经过第一带通滤波器抑制杂散后输入数控衰减器，数控衰减器对射频信号进行可调衰减，以保证输入至第一混频器的信号功率不会因下变频单元输出信号波动而变化，衰减后时中频放大器再进行放大，以实现程控放大，放大后的射频信号输入至第一混频器，第一混频器将射频信号上变频至2.4g射频信号，同时第一本振电路提供2307mhz本振频率，2.4g射频信号经过第二带通滤波器进行自干扰失真抑制，经过放大器放大以达到2.4g射频信号所需的射频功率，再经过第三带通滤波器进行自干扰失真抑制，最后经过天发射出去。
39.本实施例的有益效果为：通过采用超外差变频方案将2.4g射频信号变频到网线能承载的低中频进行长距离传输，然后在远端天线处再将低中频信号上变频还原到2.4ghz wifi所工作的高频段，可以提高爬壁机器人的信号收发能力，同时提高信号的抗干扰能力；
40.通过在下变频单元中第二混频器的输出端设置低通滤波器，可以抑制自干扰失真，抑制第二混频器在混频时引入的组合频率干扰失真，降低组合频率干扰失真对收发信道的造成干扰；
41.通过在上变频单元中的第一混频器的第一输入端设置第一带通滤波器，可以抑制杂散，避免组合频率干扰失真和磁场干扰信号混入收发信道；
42.过在上变频单元中的第一混频器的输出端分别设置第二带通滤波器和第三带通滤波器，可以对射频信号进行自干扰失真抑制，抑制第二混频器在混频时引入的组合频率干扰失真，降低组合频率干扰失真对收发信道的造成干扰。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。