CN106371150A - 基于dds的危险液体探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DDS的危险液体探测仪，属于检测设备技术领域。采用了该基于DDS的危险液体探测仪，其DDS模块根据FPGA模块的控制信号产生特定高频率与幅值的正弦波信号，经射频处理后发射，接收到的高频信号经信号处理模块与模数转换模块处理后发送至所述的FPGA模块产生探测结果，从而保证高频正弦波具有较强穿透性，对容器要求较低，通用性好，且本发明的基于DDS的危险液体探测仪的检测精度高，生产制造与应用成本都相对低廉。
Description
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及液体探测仪技术领域，具体是指一种基于DDS的危险液体探测仪。
背景技术
现有技术中的液体检测仪主要有存在两方面的问题：
1、利用方波信号作为发射信号，这种结构的设备存在穿透性弱，检测精度低的缺点，并且对容器要求比较苛刻；
2、利用具有快速上升沿的脉冲波作为发射信号，这种设备解决了穿透性问题，但是其硬件上采用比较复杂的模拟电路，由于电子器件数量较多不仅提高成本，而且电子元器件的一致性问题也较为突出，使得基于此种技术的设备整体的检测参数存在差异，接收到的信号需要通过较为复杂的算法进行计算液体的特性，因此整体应用成本极高。
所以，提供一种既能具有较强穿透性，通用性好，同时检测精度高，生产制造与应用成本都相对低廉的液体探测仪成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种利用DDS(DirectDigital Synthesizer，直接数字式频率合成器)技术，产生高频正弦波，从而具有较强穿透性，对容器要求较低，通用性好，检测精度高，且生产制造与应用成本都相对低廉的基于DDS的危险液体探测仪。
为了实现上述的目的，本发明的基于DDS的危险液体探测仪具有如下构成：
该基于DDS的危险液体探测仪包括：
FPGA模块，用以根据操作产生控制信号，并用以根据接收到的数字信号产生探测结果；
DDS模块，连接所述的FPGA模块，用以根据所述的控制信号产生特定频率与幅值的正弦波信号；
射频处理模块，连接所述的DDS模块，用以根据所述的正弦波信号生成发射信号；
天线，连接所述的射频处理模块，用以向待检测的液体发射所述的发射信号，并接收空间的高频信号；
信号处理模块，连接所述的天线，用以根据所述的高频信号提取具有液体属性的低频信号；以及
模数转换模块，连接所述信号处理模块，用以将所述的具有液体属性的低频信号转化为数字信号，并发送至所述的FPGA模块。
该基于DDS的危险液体探测仪中，所述的DDS模块为高频DDS模块。
该基于DDS的危险液体探测仪中所述的射频处理模块将所述的正弦波信号经过放大、减噪处理，产生所述的发射信号。
该基于DDS的危险液体探测仪中所述的信号处理模块包括：
前端处理单元，连接于所述的天线，用以对所述的高频信号进行降频以及滤波处理，转化为低频信号；
解调单元，连接于所述的前端处理单元和所述的射频处理模块，用以从所述的低频信号中提取出具有液体属性的低频信号；
滤波放大单元，连接于所述的解调单元，用以将所述的具有液体属性的低频信号进行放大，滤波处理后，发送至所述的模数转换模块。
该基于DDS的危险液体探测仪还包括人机交互模块，连接于所述的FPGA模块，用以接收用户操作并反馈探测结果。
采用了该发明的基于DDS的危险液体探测仪，其DDS模块根据FPGA模块的控制信号产生特定高频率与幅值的正弦波信号，经射频处理后发射，接收到的高频信号经信号处理模块与模数转换模块处理后发送至所述的FPGA模块产生探测结果，从而保证高频正弦波具有较强穿透性，对容器要求较低，通用性好，且本发明的基于DDS的危险液体探测仪的检测精度高，生产制造与应用成本都相对低廉。
附图说明
图1为本发明的基于DDS的危险液体探测仪的功能模块框图。
图2为本发明的基于DDS的危险液体探测仪在实际应用中调频连续波处理模块以及前端处理解调模块的流程示意图。
图3为本发明的基于DDS的危险液体探测仪在实际应用中接收信号与发射信号延时示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本发明的基于DDS的危险液体探测仪的功能模块框图。
在一种实施方式中，该基于DDS的危险液体探测仪包括FPGA模块、高频DDS模块、射频处理模块、天线、信号处理模块和模数转换模块。
其中，FPGA模块用以根据操作产生控制信号，并用以根据接收到的数字信号产生探测结果；
高频DDS模块连接所述的FPGA模块，用以根据所述的控制信号产生特定频率与幅值的正弦波信号；
射频处理模块连接所述的DDS模块，用以将所述的正弦波信号经过放大、减噪处理，产生所述的发射信号；
天线连接所述的射频处理模块，用以向待检测的液体发射所述的发射信号，并接收空间的高频信号；
信号处理模块连接所述的天线，用以根据所述的高频信号提取具有液体属性的低频信号；
模数转换模块连接所述信号处理模块，用以将所述的具有液体属性的低频信号转化为数字信号，并发送至所述的FPGA模块。
在较优选的实施方式中，所述的信号处理模块包括前端处理单元、解调单元和滤波放大单元。
其中，前端处理单元连接于所述的天线，用以对所述的高频信号进行降频以及滤波处理，转化为低频信号；
解调单元连接于所述的前端处理单元和所述的射频处理模块，用以从所述的低频信号中提取出具有液体属性的低频信号；
滤波放大单元连接于所述的解调单元，用以将所述的具有液体属性的低频信号进行放大，滤波处理后，发送至所述的模数转换模块。
在更优选的实施方式中，该基于DDS的危险液体探测仪还包括连接于所述的FPGA模块的人机交互模块，该人机交互模块用以接收用户操作并反馈探测结果。
在实际应用中，本发明利用DDS技术，产生高频正弦波，并通过射频电路将其发射出去，通过天线、接收电路将信号进行处理，整体结构由于采用的是高频信号因此具有比较强的穿透性，并且现有的DDS技术比较成熟，正弦波可以直接通过集成芯片产生因此其电路结构简单，受元件参数影响小，一致性好，并且正弦波信号的频率可以通过处理芯片进行控制，其检测的范围明显增大，信号的强弱直接反映液体的基本特性，无需经过复杂的算法计算。
本发明的基本原理也是基于液体的介电常数，通常有两个方面：
1、液体的介电常数越高，其相对应的高频响应越好；
2、导电率越高，反射越强。
如图1所示，该探测仪包括以下功能模块：
***控制核心FPGA：产生DDS、ADC的控制信号，以及实现与人机界面的通信。
高频DDS：频率为50～400MHz，利用FPGA的控制信号产生所需要频率与幅值的正弦波信号。
调频连续波处理模块(射频处理)：将DDS产生的正弦波信号经过放大、减噪处理送至发射天线将信号发射出去，由于正弦波信号在经过放大的过程中会有杂散，因此需要经过一定的减噪处理。
天线：采用的是根据频率范围而定的宽频天线。
前端处理环节：由于空间上接收的为高频信号，ADC无法进行转化，将接收天线接收的信号进行降频以及滤波处理，成为ADC可以转化的低频信号。
解调环节，将信号提取出具有液体属性的低频信号。
滤波放大环节：将低频信号进行放大，滤波处理。除去高频杂波，放大有用信号。
ADC：将模拟信号转化为FPGA可以识别的数字信号。
其中调频连续波处理模块以及前端处理解调模块的流程图如图2所示。
DDS模块产生频率较低的正弦波信号其频率值为(f0)，然后通过放大、A倍频后得到频率值为(f1＝A*f0),因为随着频率的增大信号的幅值必然有所下降，因此再次通过信号增大环节，而后再次通过B倍频后频率值为(f2＝B*f1),此时得到比较高的信号频率，实现了比较宽的带宽范围即可。倍频放大后的信号经过天线发射到空间中。此时空间中放置液体后接收天线将会接收到液体反射回来的高频信号，此时的高频信号已经包含了液体属性信息。由于信号强度较弱，因此需要先通过功率放大环节进行处理，然后通过与发射信号同频同步的信号进行解调，此时由于接收信号与发射信号存在一定的延时，如图3所示。因此在解调信号的前端，需要将提取出的发射信号进行一定的延时处理，两者的延时时间是固定的。解调后的信号输出为含有液体信息的低频信号，此信号幅值较低最大值在mv级别，因此后级还可以再添加放大环节进行处理，调节成为ADC可以采集的电平水平，进行信号的采集。FPAG接收到ADC传来的数据经过分析，判断出液体是安全还是危险的，然后通过人机界面进行显示以及蜂鸣器声音提示信息。
根据基本检测原理，FPGA接收到ADC采集的模拟信号后，通过分析模拟信号的幅值即可，对于安全液体，其介电常数较高，对应的高频部分的幅值较高，即高频部分的响应较好，相对低频部分的响应较弱；对于危险液体其介电常数较低，对应的高频部分的响应幅值较低，即高频部分响应较小；而低频部分相对响应较强。
采用了该发明的基于DDS的危险液体探测仪，其DDS模块根据FPGA模块的控制信号产生特定高频率与幅值的正弦波信号，经射频处理后发射，接收到的高频信号经信号处理模块与模数转换模块处理后发送至所述的FPGA模块产生探测结果，从而保证高频正弦波具有较强穿透性，对容器要求较低，通用性好，且本发明的基于DDS的危险液体探测仪的检测精度高，生产制造与应用成本都相对低廉。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (5)
1.一种基于DDS的危险液体探测仪，其特征在于，包括：
FPGA模块，用以根据操作产生控制信号，并用以根据接收到的数字信号产生探测结果；
DDS模块，连接所述的FPGA模块，用以根据所述的控制信号产生特定频率与幅值的正弦波信号；
射频处理模块，连接所述的DDS模块，用以根据所述的正弦波信号生成发射信号；
天线，连接所述的射频处理模块，用以向待检测的液体发射所述的发射信号，并接收空间的高频信号；
信号处理模块，连接所述的天线，用以根据所述的高频信号提取具有液体属性的低频信号；以及
模数转换模块，连接所述信号处理模块，用以将所述的具有液体属性的低频信号转化为数字信号，并发送至所述的FPGA模块。
2.根据权利要求1所述的基于DDS的危险液体探测仪，其特征在于，所述的DDS模块为高频DDS模块。
3.根据权利要求1所述的基于DDS的危险液体探测仪，其特征在于，所述的射频处理模块将所述的正弦波信号经过放大、减噪处理，产生所述的发射信号。
4.根据权利要求1所述的基于DDS的危险液体探测仪，其特征在于，所述的信号处理模块包括：
前端处理单元，连接于所述的天线，用以对所述的高频信号进行降频以及滤波处理，转化为低频信号；
解调单元，连接于所述的前端处理单元和所述的射频处理模块，用以从所述的低频信号中提取出具有液体属性的低频信号；
滤波放大单元，连接于所述的解调单元，用以将所述的具有液体属性的低频信号进行放大，滤波处理后，发送至所述的模数转换模块。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于DDS的危险液体探测仪，其特征在于，还包括：
人机交互模块，连接于所述的FPGA模块，用以接收用户操作并反馈探测结果。
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