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低频电磁辐射检测方案
1. 研究目的
本研究旨在设计一种能够自动检测空间某个区域内电磁辐射的强度, 并对于强辐射区具有报警提示功能的装置。
2. 整体思路
本装置主要由接收天线、 谐振选频单元、 信号放大单元、 整流滤波单元、 数模转换单元、 控制单元、 液晶显示器组成, 整个系统结构如图1所示。首先由天线接收电磁辐射信号, 进入谐振选频单元, 对各频率段信号进行识别。识别后的信号经过放大单元和整流滤波单元得到一个较为平稳的携带有某个频率电磁波的信号。再经过模数转换, 得到数值信号进入控制单元计算出辐射强度输出显示在液晶
2、显示频上。
图1 系统结构图
3. 硬件设计
3.1 谐振选频单元
采用天线作为探头来采集电磁辐射信号。将三个正交的2~10cm长的天线末端LCR振荡电路, 构成信号采集器。将电磁信号分为0~1KHZ、 1K~100KHZ、 100K~1MHZ、 1M~100MHZ四个波段。设计四组LCR振荡电路, 来接收四个频段的电磁信号。利用电压控制变容二极管的电容从而实现对各个频率电磁波的扫描。图2为谐振选频单元示意图。
图2 谐振选频单元
3.2 放大单元
根据输出信号的类型选择合适的运算放大器, 经过控制放大电路的参数, 对信号进行合理放大, 便于后续处理。图3为放大单元电路示
3、意图。
图3 放大单元
3.3 整流滤波单元
经过放大后的信号为正弦信号, 需要对其整流滤波, 得到较为平稳并携带有某重点词辐射信息的信号。整流滤波单元如图4所示:
图4 整流滤波单元
3.4 数模转换单元
经过处理的信号需要利用A/D转换为数值信号进入单片机进行处理, 计算出对应频率的辐射强度, 再求和计算总强度。
3.5 控制单元
利用单片机控制电容器两端电压的变化, 对不同频率的电磁波进行连续扫描, 同时将接收到的信号进行处理, 分析各个频率电磁波的辐射强度, 计算各种电磁波辐射的能量密度, 最后得到总的辐射能量密度, 并将辐射能量数值输出, 在液晶屏上显示
4、图4为信号处理单元示意图。
图5 控制单元
3.6 显示单元
显示单元主要部件是液晶显示屏, 用于显示辐射强度及较高辐射区的报警。显示屏界面设计如图5所示。分别将辐射强度和辐射等级显示出来, 辐射强度以辐射能量密度( 单位: μW/cm2) 评价, 辐射等级分为优、 良好、 一般、 轻度辐射、 重度辐射五个等级。
图6 液晶显示屏界面设计
4 软件设计
4.1 可变电容控制
利用单片机编程, 来控制变容二极管的电容, 从而搜索各个频率段的信号。控制程序流程图如图7所示:
图7 可变电容控制程序流程图
4.2 辐射强度计算
在连续扫描的过程中将每个频率得到的信号强度累加计算出总强度, 然后经过标定的方法得到电磁辐射强度。
5 仪器标定
将最后的输出信号与标准的电磁辐射检测仪进行比对, 得到信号与辐射强度的单值关系, 然后经过数值拟合得到两者之间转化的系数, 从而实现对仪器的标定。
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