微波谐振参数快速测试仪研究

摘要

叶片是涡轮发动机的核心部件之一，它的结构和工作环境都非常复杂。为了顺应航天事业的发展，对发动机叶片结构进行改进，提高叶片的耐受力，需要对发动机叶片的实时应力情况进行分析。为此提出在发动机叶片上安装声表面波谐振传感器，通过测量谐振参数的实时变化情况来感知叶片应力的实时情况的方案。本文主要负责对微波谐振参数快速测试技术进行研究，研制出一套对应的微波谐振参数快速测试仪器。 本文首先介绍了有关谐振器的基本理论，包括谐振器的基本参数及其等效电路。在此基础上引入了谐振参数的测试方法，主要有功率传输法和功率反射法。给出测试方法对应的系统框图，建立了对应的等效电路模型，并推导出谐振曲线的表达式，给出谐振参数的获取方法。而且用MATLAB对测试方法进行了比较。 在充分的测试理论研究下，制定系统总体设计方案，给出了方案框图。按照方案的需要，对其中的各个器件做了针对性的测试，使其性能指标满足测试系统的需求。对于频率源和数据采集器两种器件，进行了MFC控制软件的编写，并在此基础上开发出系统软件，给出其对应的流程框图。随后用系统进行了数据采集，对采集到的数据进行了分析与处理。首先对数据进行了优化处理，主要采用 FIR 低通滤波器进行滤波处理；随后为进一步提升系统的测试性能，提出采用最小二乘法进行曲线拟合的方法。 软硬件和算法都具备之后，就着重于整个系统的构建与集成化。从电源的供给、器件的连接、内部空间的布局和内外的连接设计等几个方面着手，成功制作出最后的微波谐振参数快速测试仪，使其具备比较好的便携性和稳定性。随后对测试仪进行了实地测试，验证其快速性和准确性，速度可达每秒4万次的测试速度，谐振频率相对误差∣△f/f∣≤0.035% ，品质因数相对误差∣△Q/Q∣≤10%，结果基本都比较令人满意。最后针对系统中引入误差的DDS频率源、有源检波器、数据采集器、传输线等进行了针对性的详尽分析。

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