蓄能器活塞位移测试系统设计

摘要

蓄能器作为液压机液压系统中重要的组成部分，是保证液压机工作运行安全的关键环节，对蓄能器内液位、液压等参数的测试主要通过蓄能器活塞位置测试获得，由于传统的液位测试装置不满足蓄能器内测试环境的要求，课题结合雷达测试的优良特点，提出了一种120GHz线性调频连续波(LFMCW-Linear Frequency Modulated Continuous Wave)雷达位移测试装置。 在分析了LFMCW雷达测量的结构特点及基本原理的基础上，结合差频信号时频域特点和处理方式，设计的雷达活塞位移测试装置主要包括微控制器单元、调制信号产生单元、收发一体化单元、基带放大单元以及电源管理单元五个部分，微控制器单元以STM32芯片为核心进行外围控制及差频信号处理，使用ADF4169频综芯片完成所需的调制信号产生，基于Silicon Radar的TRX_120_RFE单片毫米波集成电路完成雷达前端的收发及差频信号的输出。在对弱差频信号的滤波、放大、采集处理后，通过串口传出距离信息。 通过Matlab对ADC采样的差频信号进行小波去趋势处理后，使得FFT近距离处理更稳定；为提高测试精度，对差频信号的处理采用基于FFT技术的线性调频Z变换(CZT)以及对谱峰估计的频移补偿算法，并进行了仿真分析和实际信号处理验证，选择了实时处理单元的最佳处理方案。 实验测试结果表明：在1.5m的单一静目标距离测试范围内，测距精度可达到2cm。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外现状

1.3 论文主要内容及章节安排

2 系统总体设计方案

2.1 技术指标要求

2.2 系统理论基础

2.2.1 FMCW雷达结构

2.2.2 锯齿波测距原理

2.2.3 差频信号分析

2.3 芯片选型及系统框架设计

2.3.1 主要芯片选型

2.3.2 系统总体架构

2.4 本章小结

3 活塞位移测试系统前端设计

3.1 锁相环单元设计

3.1.1 锁相环构成及原理

3.1.2 锁相环电路设计与仿真

3.2 测距系统主体单元设计

3.2.1 毫米波收发单元

3.2.2 主控单元的设计

3.2.3 基带信号处理设计

3.2.4 外部接口

3.3 系统参数计算

3.3.1 调制信号参数计算

3.3.2 采样频率设计

3.3.3 电路参数设置

3.4 本章小结

4 基带信号处理算法研究

4.1 差频信号处理

4.1.1 FFT处理

4.1.2 小波预处理

4.2 测距算法和优化

4.2.1 线性调频Z变换（chip_Z）

4.2.2 频移补偿

4.3 测距算法仿真

4.4 本章小结

5 实验测试及结果分析

5.1 雷达电路性能测试

5.2 雷达测距结果分析

5.3 本章小结

6 结语

6.1 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢