[发明专利]基于兰姆波的半双工通信装置及其通信方法

说明书

本发明公开了一种基于兰姆波的半双工通信装置及其通信方法。所述基于兰姆波的半双工通信装置包括：传感器主控模块、第一信号处理电路、第一换能器、金属薄板件、第二换能器、第二信号处理电路和控制机。本发明以金属薄板件中的兰姆波作为信号的载体，以金属薄板件为传输媒介，以无线方式进行半双工通信，为金属薄板件上的结构健康监测用传感器的数据结果提供通讯功能；降低了传统传感器系统的数据传输布线和维护成本，改变了传统的电磁信号传输方法，适用于多种场合，提高了整个系统的稳定性，换能效率高，体积小，成本低，能量衰减小，传递效率高，传输距离长。

技术领域

本发明属于超声波数据通信技术领域，特别涉及一种基于兰姆波的半双工通信装置及其通信方法。

背景技术

金属板形构件应用的范围涉及航空航天、汽车、船舶制造、压力容器和大型化工容器等领域；其中，厚度小于8mm的金属板形构件的使用尤其广泛。由于金属板形构件在生产和使用过程中易损伤，因而对其结构的安全性构成了极大的威胁。因此，利用结构健康检测技术进行在线、实施有效的监测，及时发现金属板形构件中的损伤，对于预防事故的发生尤为重要。

结构健康检测技术需要利用集成或粘附在金属板形构件上的传感系统，获得与结构健康状况相关的实时信息，并结合信号信息处理方法提取特征参数，实现诊断，以保证安全，同时控制维修费用。进行结构健康检测时所用的传感系统无需大规模数据传输，只需要将检测结果与控制机通信，然后由控制机将控制命令(数据量一般在kbps量级)发送给检测系统；无需进行双向通信，因此半双工系统就可以满足需要。

目前，无线通信技术已经较为成熟，大多数无线通信技术都是基于电磁波进行的。因此，在需要进行电磁屏蔽的场合(结构健康检测即属于这种情况)难以使用，此时往往还要在传感系统中单独加入通信系统，这样便会增加整个系统的体积和重量，稳定性降低，装置复杂性大幅提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于兰姆波的半双工通信装置及其通信方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种基于兰姆波的半双工通信装置，包括：传感器主控模块、第一信号处理电路、第一换能器、金属薄板件、第二换能器、第二信号处理电路和控制机；

其中，第一换能器的上表面设有第一上电极和第一下电极；第二换能器的上表面设有第二上电极和第二下电极；第一换能器和第二换能器间隔距离分别固定在金属薄板件的表面；

传感器主控模块的输出端与第一信号处理电路电连接；

第一信号处理电路的输出端与第一上电极电连接，输入端与第一下电极电连接；

第二信号处理电路的输出端与控制机电连接，输入端与第二上电极电连接，接地端与第二下电极电连接。

所述第一信号处理电路包括：第一DSP核心系统模块、第一DSP芯片第一DAC转换模块、第一电压参考模块、第一重构滤波模块、第一功率放大模块、第一电荷放大模块、第一电压放大模块、第一滤波模块、第一ADC转换模块；

其中，第一DSP芯片分别与传感器主控模块、第一DSP核心系统模块、第一DAC转换模块和第一ADC转换模块连接；第一DAC转换模块依次通过第一重构滤波模块、第一功率放大模块连接至第一换能器；第一ADC转换模块依次通过第一滤波模块、第一电压放大模块、第一电荷放大模块与第一换能器连接；第一DAC转换模块还与第一电压参考模块连接。

所述第二信号处理电路包括：第二DSP核心系统模块、第二DSP芯片、第二DAC转换模块、第二电压参考模块、第二重构滤波模块、第二功率放大模块、第二电荷放大模块、第二电压放大模块、第二滤波模块、第二ADC转换模块；