面向结构健康监测的小型多普勒雷达系统设计

作者：

马 伟1，2，崔海涛1，朱晓曼1，胡长征1，胡伟波1，2

作者单位：

1.南开大学 电子信息与光学工程学院，天津 300350；

2.南开大学深圳研究院，广东 深圳 518063。

摘要：

直流电压的校准是直接下变频多普勒雷达准确探测振动的难点之一。介绍了一种用于结构健康监测的直流耦合多普勒雷达传感系统，具有自适应DC校准和实时分析预警功能。通过对基带输出信号进行监测，自适应调整反馈电压，有效放大有用信号，避免输出饱和；基于LabVIEW软件，通过搭建拓展的DACM算法架构和预警模块，实现了信号的实时解调和分析处理。实验结果表明，该传感器系统的功耗小于10 W，能够进行毫米级振动的探测，探测范围可达200 m。为了检验系统的分析预警功能，人为引入损伤异常数据，仿真结果显示假阳性发生概率低于1%，未发现假阴性情况的发生。

引言：

作为建筑物和机械结构健康监测系统的重要组成部分，振动监测是获取目标健康状态的一种有效方法，被广泛应用于故障诊断和事故预警[1-3]。然而，由于振动本身的复杂性和测量环境的多样性，精确的振动采集并不容易。最常见的监测方法有GPS测量、光纤传感器测量和振动计测量等[4-6]。尽管振动测量技术已经取得了很大的进步，但一些具体应用在成本、精度、探测精度等方面提出了更高的要求[7]。近年来，由于半导体技术和先进处理算法的发展，非接触式雷达传感器受到了学术界和工业界的极大关注[8-9]。该方法具有精度高、鲁棒性强等优点，是各种振动测量环境中最具吸引力的方法之一。大量新架构和信号提取方法被发表，其中许多已经成功集成到单片集成电路中，实现了低成本、高性能的便携式监测系统[10-11]。

点

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