本實(shí)用新型涉及檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及液體探測(cè)儀技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的液體檢測(cè)儀主要有存在兩方面的問題：

1、利用方波信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備存在穿透性弱，檢測(cè)精度低的缺點(diǎn)，并且對(duì)容器要求比較苛刻；

2、利用具有快速上升沿的脈沖波作為發(fā)射信號(hào)，這種設(shè)備解決了穿透性問題，但是其硬件上采用比較復(fù)雜的模擬電路，由于電子器件數(shù)量較多不僅提高成本，而且電子元器件的一致性問題也較為突出，使得基于此種技術(shù)的設(shè)備整體的檢測(cè)參數(shù)存在差異，接收到的信號(hào)需要通過較為復(fù)雜的算法進(jìn)行計(jì)算液體的特性，因此整體應(yīng)用成本極高。

所以，提供一種既能具有較強(qiáng)穿透性，通用性好，同時(shí)檢測(cè)精度高，生產(chǎn)制造與應(yīng)用成本都相對(duì)低廉的液體探測(cè)儀成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種利用DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字式頻率合成器)技術(shù)，產(chǎn)生高頻正弦波，從而具有較強(qiáng)穿透性，對(duì)容器要求較低，通用性好，檢測(cè)精度高，且生產(chǎn)制造與應(yīng)用成本都相對(duì)低廉的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀具有如下構(gòu)成：

該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀包括：

FPGA模塊，用以根據(jù)操作產(chǎn)生控制信號(hào)，并用以根據(jù)接收到的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生探測(cè)結(jié)果；

DDS模塊，連接所述的FPGA模塊，用以根據(jù)所述的控制信號(hào)產(chǎn)生特定頻率與幅值的正弦波信號(hào)；

射頻處理模塊，連接所述的DDS模塊，用以根據(jù)所述的正弦波信號(hào)生成發(fā)射信號(hào)；

天線，連接所述的射頻處理模塊，用以向待檢測(cè)的液體發(fā)射所述的發(fā)射信號(hào)，并接收空間的高頻信號(hào)；

信號(hào)處理模塊，連接所述的天線，用以根據(jù)所述的高頻信號(hào)提取具有液體屬性的低頻信號(hào)；以及

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，連接所述信號(hào)處理模塊，用以將所述的具有液體屬性的低頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送至所述的FPGA模塊。

該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀中，所述的DDS模塊為高頻DDS模塊。

該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀中所述的射頻處理模塊將所述的正弦波信號(hào)經(jīng)過放大、減噪處理，產(chǎn)生所述的發(fā)射信號(hào)。

該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀中所述的信號(hào)處理模塊包括：

前端處理單元，連接于所述的天線，用以對(duì)所述的高頻信號(hào)進(jìn)行降頻以及濾波處理，轉(zhuǎn)化為低頻信號(hào)；

解調(diào)單元，連接于所述的前端處理單元和所述的射頻處理模塊，用以從所述的低頻信號(hào)中提取出具有液體屬性的低頻信號(hào)；

濾波放大單元，連接于所述的解調(diào)單元，用以將所述的具有液體屬性的低頻信號(hào)進(jìn)行放大，濾波處理后，發(fā)送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀還包括人機(jī)交互模塊，連接于所述的FPGA模塊，用以接收用戶操作并反饋探測(cè)結(jié)果。

采用了該實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀，其DDS模塊根據(jù)FPGA模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生特定高頻率與幅值的正弦波信號(hào)，經(jīng)射頻處理后發(fā)射，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理后發(fā)送至所述的FPGA模塊產(chǎn)生探測(cè)結(jié)果，從而保證高頻正弦波具有較強(qiáng)穿透性，對(duì)容器要求較低，通用性好，且本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀的檢測(cè)精度高，生產(chǎn)制造與應(yīng)用成本都相對(duì)低廉。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀的功能模塊框圖。

圖2為本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)頻連續(xù)波處理模塊以及前端處理解調(diào)模塊的流程示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀在實(shí)際應(yīng)用中接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)延時(shí)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。

請(qǐng)參閱圖1所示，為本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀的功能模塊框圖。

在一種實(shí)施方式中，該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀包括FPGA模塊、高頻DDS模塊、射頻處理模塊、天線、信號(hào)處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

其中，F(xiàn)PGA模塊用以根據(jù)操作產(chǎn)生控制信號(hào)，并用以根據(jù)接收到的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生探測(cè)結(jié)果；

高頻DDS模塊連接所述的FPGA模塊，用以根據(jù)所述的控制信號(hào)產(chǎn)生特定頻率與幅值的正弦波信號(hào)；

射頻處理模塊連接所述的DDS模塊，用以將所述的正弦波信號(hào)經(jīng)過放大、減噪處理，產(chǎn)生所述的發(fā)射信號(hào)；

天線連接所述的射頻處理模塊，用以向待檢測(cè)的液體發(fā)射所述的發(fā)射信號(hào)，并接收空間的高頻信號(hào)；

信號(hào)處理模塊連接所述的天線，用以根據(jù)所述的高頻信號(hào)提取具有液體屬性的低頻信號(hào)；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接所述信號(hào)處理模塊，用以將所述的具有液體屬性的低頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送至所述的FPGA模塊。

在較優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的信號(hào)處理模塊包括前端處理單元、解調(diào)單元和濾波放大單元。

其中，前端處理單元連接于所述的天線，用以對(duì)所述的高頻信號(hào)進(jìn)行降頻以及濾波處理，轉(zhuǎn)化為低頻信號(hào)；

解調(diào)單元連接于所述的前端處理單元和所述的射頻處理模塊，用以從所述的低頻信號(hào)中提取出具有液體屬性的低頻信號(hào)；

濾波放大單元連接于所述的解調(diào)單元，用以將所述的具有液體屬性的低頻信號(hào)進(jìn)行放大，濾波處理后，發(fā)送至所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀還包括連接于所述的FPGA模塊的人機(jī)交互模塊，該人機(jī)交互模塊用以接收用戶操作并反饋探測(cè)結(jié)果。

在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型利用DDS技術(shù)，產(chǎn)生高頻正弦波，并通過射頻電路將其發(fā)射出去，通過天線、接收電路將信號(hào)進(jìn)行處理，整體結(jié)構(gòu)由于采用的是高頻信號(hào)因此具有比較強(qiáng)的穿透性，并且現(xiàn)有的DDS技術(shù)比較成熟，正弦波可以直接通過集成芯片產(chǎn)生因此其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受元件參數(shù)影響小，一致性好，并且正弦波信號(hào)的頻率可以通過處理芯片進(jìn)行控制，其檢測(cè)的范圍明顯增大，信號(hào)的強(qiáng)弱直接反映液體的基本特性，無需經(jīng)過復(fù)雜的算法計(jì)算。

本實(shí)用新型的基本原理也是基于液體的介電常數(shù)，通常有兩個(gè)方面：

1、液體的介電常數(shù)越高，其相對(duì)應(yīng)的高頻響應(yīng)越好；

2、導(dǎo)電率越高，反射越強(qiáng)。

如圖1所示，該探測(cè)儀包括以下功能模塊：

系統(tǒng)控制核心FPGA：產(chǎn)生DDS、ADC的控制信號(hào)，以及實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的通信。

高頻DDS：頻率為50～400MHz，利用FPGA的控制信號(hào)產(chǎn)生所需要頻率與幅值的正弦波信號(hào)。

調(diào)頻連續(xù)波處理模塊(射頻處理)：將DDS產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)過放大、減噪處理送至發(fā)射天線將信號(hào)發(fā)射出去，由于正弦波信號(hào)在經(jīng)過放大的過程中會(huì)有雜散，因此需要經(jīng)過一定的減噪處理。

天線：采用的是根據(jù)頻率范圍而定的寬頻天線。

前端處理環(huán)節(jié)：由于空間上接收的為高頻信號(hào)，ADC無法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將接收天線接收的信號(hào)進(jìn)行降頻以及濾波處理，成為ADC可以轉(zhuǎn)化的低頻信號(hào)。

解調(diào)環(huán)節(jié)，將信號(hào)提取出具有液體屬性的低頻信號(hào)。

濾波放大環(huán)節(jié)：將低頻信號(hào)進(jìn)行放大，濾波處理。除去高頻雜波，放大有用信號(hào)。

ADC：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為FPGA可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。

其中調(diào)頻連續(xù)波處理模塊以及前端處理解調(diào)模塊的流程圖如圖2所示。

DDS模塊產(chǎn)生頻率較低的正弦波信號(hào)其頻率值為(f₀)，然后通過放大、A倍頻后得到頻率值為(f₁＝A*f₀),因?yàn)殡S著頻率的增大信號(hào)的幅值必然有所下降，因此再次通過信號(hào)增大環(huán)節(jié)，而后再次通過B倍頻后頻率值為(f₂＝B*f₁),此時(shí)得到比較高的信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)了比較寬的帶寬范圍即可。倍頻放大后的信號(hào)經(jīng)過天線發(fā)射到空間中。此時(shí)空間中放置液體后接收天線將會(huì)接收到液體反射回來的高頻信號(hào)，此時(shí)的高頻信號(hào)已經(jīng)包含了液體屬性信息。由于信號(hào)強(qiáng)度較弱，因此需要先通過功率放大環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，然后通過與發(fā)射信號(hào)同頻同步的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，此時(shí)由于接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)存在一定的延時(shí)，如圖3所示。因此在解調(diào)信號(hào)的前端，需要將提取出的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行一定的延時(shí)處理，兩者的延時(shí)時(shí)間是固定的。解調(diào)后的信號(hào)輸出為含有液體信息的低頻信號(hào)，此信號(hào)幅值較低最大值在mv級(jí)別，因此后級(jí)還可以再添加放大環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，調(diào)節(jié)成為ADC可以采集的電平水平，進(jìn)行信號(hào)的采集。FPAG接收到ADC傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析，判斷出液體是安全還是危險(xiǎn)的，然后通過人機(jī)界面進(jìn)行顯示以及蜂鳴器聲音提示信息。

根據(jù)基本檢測(cè)原理，F(xiàn)PGA接收到ADC采集的模擬信號(hào)后，通過分析模擬信號(hào)的幅值即可，對(duì)于安全液體，其介電常數(shù)較高，對(duì)應(yīng)的高頻部分的幅值較高，即高頻部分的響應(yīng)較好，相對(duì)低頻部分的響應(yīng)較弱；對(duì)于危險(xiǎn)液體其介電常數(shù)較低，對(duì)應(yīng)的高頻部分的響應(yīng)幅值較低，即高頻部分響應(yīng)較小；而低頻部分相對(duì)響應(yīng)較強(qiáng)。

采用了該實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀，其DDS模塊根據(jù)FPGA模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生特定高頻率與幅值的正弦波信號(hào)，經(jīng)射頻處理后發(fā)射，接收到的高頻信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理后發(fā)送至所述的FPGA模塊產(chǎn)生探測(cè)結(jié)果，從而保證高頻正弦波具有較強(qiáng)穿透性，對(duì)容器要求較低，通用性好，且本實(shí)用新型的基于DDS的危險(xiǎn)液體探測(cè)儀的檢測(cè)精度高，生產(chǎn)制造與應(yīng)用成本都相對(duì)低廉。

在此說明書中，本實(shí)用新型已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。