CN107543976A - 一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置及其方法 - Google Patents
一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置及方法，其中该装置包括电磁辐射检测模块，其用于获取待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；及开关选择模块，其用于在校准通道与电磁辐射检测通道之间切换，且开关选择模块的输出端与信号调理模块相连；在电磁辐射检测通道上，开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块相连；在校准通道上，开关选择模块的输入端与基准信号发生模块相连；所述处理器被配置为：接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
Description
技术领域
本发明属于微弱信号检测领域，尤其涉及一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置及其方法。
背景技术
现代电子技术和通信技术的飞速发展，在便利了我们生活的同时，各种电子和通信设备不断发射的电磁波也时刻影响着我们居住场所的电磁场环境。随着人类对电磁辐射危害认识的加深，电磁污染的概念已渐渐走入人们的视线。为了避免和减少电磁辐射对人身体健康以及电子仪器、设备安全运行的影响，电磁辐射检测手段和设备倍受关注。
此外，电磁辐射作为一种难以感知“隐性污染”，一直并不被人们所熟知。随着电子测试的技术发展，以及对电磁辐射影响研究的深入，电磁污染的概念越来越受到人们的重视。随着电子和通信设备的迅猛发展，不断发射的电磁波使得我们生活和工作的电磁环境变得越来越复杂。研究表明，复杂电磁环境中的电磁辐射不仅威胁人的人身安全，强干扰还能妨碍环境中的电子设备的正常工作。因此，快速准确的进行电磁辐射检测对于人员的电磁防护以及设备正常运行具有重要意义。
目前的电磁辐射测量设备一般采用传统的信号处理方法，包括信号的滤波、放大和AD采集等，设备的噪声基底较高，对于微弱的电磁辐射信号检测不到。例如在专利CN200910308022.3“电磁辐射强度侦测装置及方法”中，公布了一种具有超值监测的电磁辐射监测装置，该装置由输入单元、微控制器、电磁感应器以及报警单元组成，该装置在电磁辐射强度超过某限定值时进行报警，以提示用户关闭电气设备。该方案仅应用于大型电器设备的电磁辐射监测，灵敏度低，仅能实现超限报警，无法实现大动态范围信号检测；在发明专利CN201010264317.8“一种电磁辐射监测方法、装置及***”中，同样公开了一种应用在基站附近的电磁辐射超限检测的方法和装置，检测灵敏度同样较低。
综上所述，现有方案主要应用于电器设备附近的电磁辐射探测，灵敏度较低，只能进行超限值报警，无法检测微弱的电磁辐射信号。总体来说，类似这种方案，仅能满足较大值的电磁辐射信号的检测报警功能，并不能实现较弱电磁辐射信号的检测，无法满足高灵敏度大动态范围的检测需求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明实施例的第一方面提供了一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其可针对性地解决电磁辐射检测设备灵敏低的问题，将电磁辐射检测设备的噪声基底降至1V/m，有效实现对环境中微弱电磁辐射信号的检测。
本发明实施例的第一方面提供的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，包括：
电磁辐射检测模块，其用于获取待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；及
开关选择模块，其用于在校准通道与电磁辐射检测通道之间切换，且开关选择模块的输出端与信号调理模块相连；在电磁辐射检测通道上，开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块相连；在校准通道上，开关选择模块的输入端与基准信号发生模块相连；
所述处理器被配置为：接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实施方式中，在利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，所述处理器还被配置为对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
其中，数据补偿包括校准通道数据补偿、校准通道电路噪声数据补偿和信号电磁辐射检测通道电路噪声数据补偿。
本发明通过对待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实施方式中，所述开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块之间还串接有第一低通滤波电路，第一低通滤波电路用于对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理。
本发明通过对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理，降低了获取的待检测电磁辐射信号中的干扰信号，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第三种实施方式中，所述信号调理模块包括串联连接的第二低通滤波电路、信号放大电路和ADC转换电路。
本发明分别通过第二低通滤波电路，对信号进行再次滤波；以及信号放大电路进行信号放大匹配处理，为电磁辐射微弱信号的检测精度奠定了基础。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第四种实施方式中，所述处理器还与存储器相连。
其中，存储器用来实时存储处理器所传送来的信号，包括检测出的电磁辐射微弱信号。
本发明实施例的第二方面提供了一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法。
本发明实施例的第二方面提供的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，包括：
步骤1：开关选择模块连通校准通道，基准信号发生模块所产生的基准信号依次经开关选择模块和信号调理模块传送至处理器；
步骤2：开关选择模块连通电磁辐射检测通道，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；
步骤3：处理器接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第一种实施方式中，在所述步骤3中，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，还包括：对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
结合本发明实施例的第二方面的第一种实施方式中，数据补偿包括校准通道数据补偿、校准通道电路噪声数据补偿和信号电磁辐射检测通道电路噪声数据补偿。
本发明通过对待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第二种实施方式中，开关选择模块连通电磁辐射检测通道时，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号还经第一低通滤波电路进行滤波处理。
本发明通过对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理，降低了获取的待检测电磁辐射信号中的干扰信号，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第三种实施方式中，该方法包括：处理器将检测出各时刻的电磁辐射微弱信号传送至存储器内进行实时存储。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明增加了校准通道以提高装置的检测灵敏度。在传统的信号电磁辐射检测通道的基础上增加校准通道，在测量前首先将测量通道打到校准通道进行校准，然后再打到电磁辐射信号电磁辐射检测通道进行信号采集，同时将校准通道用作信号通道的参考，降低设备的噪声基底，从而提高装置的检测灵敏度，实现电磁辐射检测通道和校准通道切换，提高装置工作模式的灵活性。
(2)本发明通过数据补偿和数据处理技术，提高检测准确度，可通过提前采集信号电磁辐射检测通道和校准通道不同温度、湿度等环境下的电路噪声，并将采集数据存储到存储器中，在实际使用中可利用该数据对测量结果进行补偿；数据处理时，使用数字均值滤波技术，降低测量噪声，提高检测的准确度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的用于检测电磁辐射微弱信号的装置结构示意图；
图2是本发明的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是本发明的用于检测电磁辐射微弱信号的装置结构示意图。
如图1所示，本发明实施例一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，包括：
电磁辐射检测模块，其用于获取待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；及
开关选择模块，其用于在校准通道与电磁辐射检测通道之间切换，且开关选择模块的输出端与信号调理模块相连；在电磁辐射检测通道上，开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块相连；在校准通道上，开关选择模块的输入端与基准信号发生模块相连；
所述处理器被配置为：接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
其中，在利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，所述处理器还被配置为对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
其中，数据补偿包括校准通道数据补偿、校准通道电路噪声数据补偿和信号电磁辐射检测通道电路噪声数据补偿。
为减少装置电路噪声、参考噪声以及外界环境的影响，本发明同时提出了电磁辐射信号的数据补偿和数据处理方法。数据补偿主要包括校准通道的数据补偿、校准通道的电路噪声补偿以及电磁辐射检测通道的电路噪声补偿。
针对校准通道的采集数据，有公式(1)
式中，xc(i)为校准通道采集数据，n为采集点数。
针对校准通道的电路噪声和电磁辐射检测通道的电路噪声，有公式(2)和公式(3)
式中，xcs(i)为校准通道电路噪声采集数据，m为采集点数；xss(i)为电磁辐射检测通道电路噪声采集数据，q为采集点数。
根据以上的校准数据和电路噪声数据，得出电磁辐射信号的数据补偿公式(4)
xb＝xi+E(xc)+E(xcs)+E(xSS) (4)
式中，xb为补偿后电磁辐射信号采集数据，xi为补偿前电磁辐射信号采集数据，E(xc)为校准通道校准数据的数学期望，E(xcs)为校准通道的电路噪声数据的数学期望，E(xss)为电磁辐射检测通道的电路噪声数据的数学期望。
同时为减少微弱电磁辐射信号检测时随机噪声的影响，兼顾装置检测信号的实时性，本发明采用数字均值滤波技术，根据装置的实时性要求，选择合适的滤波窗口N，将该窗口内的平均值作为滤波结果。随着窗口移动，即可实现各时刻电磁辐射信号的检测。
本发明通过对待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
在具体实施中，所述开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块之间还串接有第一低通滤波电路，第一低通滤波电路用于对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理。
本发明通过对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理，降低了获取的待检测电磁辐射信号中的干扰信号，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
在具体实施中，所述信号调理模块包括串联连接的第二低通滤波电路、信号放大电路和ADC转换电路。
本发明分别通过第二低通滤波电路，对信号进行再次滤波；以及信号放大电路进行信号放大匹配处理，为电磁辐射微弱信号的检测精度奠定了基础。
在具体实施中，所述处理器还与存储器相连。
其中，存储器用来实时存储处理器所传送来的信号，包括检测出的电磁辐射微弱信号。
本发明增加了校准通道以提高装置的检测灵敏度。在传统的信号电磁辐射检测通道的基础上增加校准通道，在测量前首先将测量通道打到校准通道进行校准，然后再打到电磁辐射信号电磁辐射检测通道进行信号采集，同时将校准通道用作信号通道的参考，降低设备的噪声基底，从而提高装置的检测灵敏度，实现电磁辐射检测通道和校准通道切换，提高装置工作模式的灵活性。
本发明通过数据补偿和数据处理技术，提高检测准确度，可通过提前采集信号电磁辐射检测通道和校准通道不同温度、湿度等环境下的电路噪声，并将采集数据存储到存储器中，在实际使用中可利用该数据对测量结果进行补偿；数据处理时，使用数字均值滤波技术，降低测量噪声，提高检测的准确度。
图2是本发明的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法流程图。
如图2所示，本发明实施例的提供的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，包括：
步骤1：开关选择模块连通校准通道，基准信号发生模块所产生的基准信号依次经开关选择模块和信号调理模块传送至处理器；
步骤2：开关选择模块连通电磁辐射检测通道，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；
在该步骤中，若要进行校准通道不同温度、湿度等环境下的电路噪声采集，可继续选择校准通道，完成相关环境下的校准通道噪声采集和数据存储，方便后续的数据补偿。
步骤3：处理器接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
将用于检测电磁辐射微弱信号的装置的前端连接匹配负载，可实现电磁辐射检测通道的电路噪声的数据采集和数据储存，方便后续进行数据补偿。
在具体实施中，在所述步骤3中，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，还包括：对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
在具体实施中，数据补偿包括校准通道数据补偿、校准通道电路噪声数据补偿和信号电磁辐射检测通道电路噪声数据补偿。
为减少装置电路噪声、参考噪声以及外界环境的影响，本发明同时提出了电磁辐射信号的数据补偿和数据处理方法。数据补偿主要包括校准通道的数据补偿、校准通道的电路噪声补偿以及电磁辐射检测通道的电路噪声补偿。
针对校准通道的采集数据，有公式(1)
式中，xc(i)为校准通道采集数据，n为采集点数。
针对校准通道的电路噪声和电磁辐射检测通道的电路噪声，有公式(2)和公式(3)
式中，xcs(i)为校准通道电路噪声采集数据，m为采集点数；xss(i)为电磁辐射检测通道电路噪声采集数据，q为采集点数。
根据以上的校准数据和电路噪声数据，得出电磁辐射信号的数据补偿公式(4)
xb＝xi+E(xc)+E(xcs)+E(xSS) (4)
式中，xb为补偿后电磁辐射信号采集数据，xi为补偿前电磁辐射信号采集数据，E(xc)为校准通道校准数据的数学期望，E(xcs)为校准通道的电路噪声数据的数学期望，E(xss)为电磁辐射检测通道的电路噪声数据的数学期望。
同时为减少微弱电磁辐射信号检测时随机噪声的影响，兼顾装置检测信号的实时性，本发明采用数字均值滤波技术，根据装置的实时性要求，选择合适的滤波窗口N，将该窗口内的平均值作为滤波结果。随着窗口移动，即可实现各时刻电磁辐射信号的检测。
本发明通过对待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
在具体实施中，开关选择模块连通电磁辐射检测通道时，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号还经第一低通滤波电路进行滤波处理。
本发明通过对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理，降低了获取的待检测电磁辐射信号中的干扰信号，提高了最终电磁辐射微弱信号的检测精度。
在具体实施中，该方法包括：处理器将检测出各时刻的电磁辐射微弱信号传送至存储器内进行实时存储。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其特征在于，包括：
电磁辐射检测模块，其用于获取待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；及
开关选择模块，其用于在校准通道与电磁辐射检测通道之间切换，且开关选择模块的输出端与信号调理模块相连；在电磁辐射检测通道上，开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块相连；在校准通道上，开关选择模块的输入端与基准信号发生模块相连；
所述处理器被配置为：接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
2.如权利要求1所述的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其特征在于，在利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，所述处理器还被配置为对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
3.如权利要求1所述的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其特征在于，所述开关选择模块的输入端与电磁辐射检测模块之间还串接有第一低通滤波电路，第一低通滤波电路用于对获取的待检测电磁辐射信号进行滤波处理。
4.如权利要求1所述的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其特征在于，所述信号调理模块包括串联连接的第二低通滤波电路、信号放大电路和ADC转换电路。
5.如权利要求1所述的一种用于检测电磁辐射微弱信号的装置，其特征在于，所述处理器还与存储器相连。
6.一种如权利要求1所述的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：开关选择模块连通校准通道，基准信号发生模块所产生的基准信号依次经开关选择模块和信号调理模块传送至处理器；
步骤2：开关选择模块连通电磁辐射检测通道，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号并将其变换为以基准信号为参考的差分信号，经信号调理模块传送至处理器；
步骤3：处理器接收调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号。
7.如权利要求6所述的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，其特征在于，在所述步骤3中，利用数字均值滤波方法检测出各时刻的电磁辐射微弱信号之前，还包括：对调理后的待检测电磁辐射信号及基准信号进行数据补偿。
8.如权利要求7所述的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，其特征在于，数据补偿包括校准通道数据补偿、校准通道电路噪声数据补偿和信号电磁辐射检测通道电路噪声数据补偿。
9.如权利要求6所述的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，其特征在于，开关选择模块连通电磁辐射检测通道时，电磁辐射检测模块获取的待检测电磁辐射信号还经第一低通滤波电路进行滤波处理。
10.如权利要求6所述的用于检测电磁辐射微弱信号的装置的检测方法，其特征在于，该方法包括：处理器将检测出各时刻的电磁辐射微弱信号传送至存储器内进行实时存储。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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