基于相位测量的微波位移测量方法

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1、基于相位测量的微波位移测量方法郑大青，陈伟民，章鹏，李存龙（重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044）摘要：为满足建筑结构全天候、高精度及低成本的位移监测要求，提出了基于相位测量的微波位移测量方法。该方法以微波作为全天候测量信号，利用高精度相位测量实现高精度位移监测，并采用低成本的标准频率器件搭建位移测量系统。实验结果表明，系统位移测量精度可达0.12mm，并验证了系统具有全天候、高精度、低成本的位移监测特性。关键词：位移测量；微波；全天候；高精度；低成本中图分类号：TP212文献标识码：AAmethodofdispl

2、acementdetectionwithmicrowavebasedonphasemeasurementZHENGDa-qing,CHENWei-min,ZHANGPeng,LICun-long(TheKeyLab.forOptoelectronicTechnology&SystemsofMinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract:Inordertomeettherequirementsofdisplacementmonitoringfo

3、rarchitecturalstructuressuchasworkingunderall-weatherconditions,highprecisionandlowcost,themethodofdisplacementdetectionwithmicrowavebasedonphasemeasurementwasproposed.Inthemethod,themicrowavesignalwasusedasmeasurementsignalforall-weatherwork,andthehigh-precisionphaseme

4、asurementwasusedtoachievehigh-precisiondisplacementmonitoring,andthedevicesofstandardfrequencywereadoptedtobuildlow-costsystemofdisplacementmeasurement.Finally,theexperimentalresultsshowthatthedisplacementmeasurementaccuracyofsystemreachesto0.12mm,andverifythatthesystem

5、hasthefeaturesofall-weatherwork,highprecisionandlowcost.Keywords:displacementdetection;microwave;allweather;highprecision;lowcost0引言[1]位移测量是建筑结构健康监测的重要手段，它在保证人民生命和财产安全中发挥着重要作用。位移测量时，因监测目标处于野外环境中、长时间变形，测量系统必须能够抵御环境气候变化(如雨、雾和雪)等干扰，并能长时间全天候工作；为准确、有效地揭示监测目标的位移信息，位移测量需优于毫米级；

6、为全面反映监测目标整体状态，需利用多套系统从多个方向对目标进行多点监测，故系统成本应尽可能低。因此，建筑结构的全天候、高精度、低成本位移监测具有重要意义。[2,3]然而，在主要位移测量方法中，传统方法如水准仪、倾斜仪等，大都需要人工操作，且耗时大、成本较高；激光测距仪、全站仪对雨雾、灰尘等环境变化较敏感，无法全天候工作；基于摄像、视频测量法在夜晚或雨天等环境中应用受限；GPS难实现mm级精确测量，且实时性差、数据易丢失；而步进频率干涉雷达的结构复杂、成本昂贵(数十万美元/台)，难以推广。为此，文章提出了基于相位测量的微波位移测量方法，

7、利用微波特性满足全天候要求，采用高精度测相实现高精度位移测量，使用标准化频段器件降低系统成本，并且利用位移实验验证了上述特性。1基于相位测量的微波位移测量方法在多种无线测距、传感的介质（如激光、超声波等）中，微波具有穿透雨雾、传播衰减小等特性，是[4]实现野外结构全天候位移监测的理想介质。因此，文章采用微波作为测量信号。如图1，位移测量系统主要包括微波发射端和接收端、相位测量单元。at()st()st()Tt()监测目标低通射频⊗功放滤波器信号源发射天线相位发射端测量ct()参考信号源R单元接收端接收天线低通带通⊗LNA滤波器滤波器b

8、t()rt()Rt()图1基于相位测量的微波位移测量方法Fig1Themethodofdisplacementdetectionwithmicrowavebasedonphasemeasurement在系统发射端，射频信