宽径面毫米波冰面厚度探测器的制作方法

1.本发明涉及一种宽径面毫米波冰面厚度探测器，属于输电线路检测技术领域。


背景技术：

2.现阶段传统的人工检测覆冰厚度耗时长，效率低下，并且误差较大。常用的检测覆冰的方法虽然解决了误差大的问题，提高了覆冰检测的精度，但存在处理数据量大，耗时长等缺点。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种宽径面毫米波冰面厚度探测器。
4.本发明所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，包括用于接收毫米波的宽口径源区、以及与宽口径源区配套的探测器转接口；宽口径源区包括若干功能层，按照宽度由小到大依次分为矩阵板、增强版和控制板，矩阵板上按照矩阵布置有实现辐射的贴片块，每个贴片块的中心设置有增强信号作用的饼状介电质；增强版沿矩阵板上贴片块对应位置集中设置有提高增益辐射用的微带线；探测器的辐射基本发生于矩阵板、增强版之间；控制板上设置有控制电路、微带线驱动电路、贴片块驱动电路和毫米波传感器，控制电路通过驱动微带线驱动电路带动增强版上的微带线作为辐射源、通过贴片块驱动电路驱动矩阵板上的贴片块作为辐射单元，微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径。
5.本发明提供一种解决方案，即：将原本两层设置一层的辐射源区更改为三层，且每一层具备不同的功能，利用矩阵板的阵列、增强版水平垂直的微带线、控制板密切的配合，不仅可以通过立体分层结构实现散热问题，而且利用三者之间的高度关系，充分实现基于法布里-珀罗腔的高频高增益辐射的效果。由于口径原因限制信号的检测精度问题，则通过微带线和贴片块共用宽径面得以解决。本发明不仅从层级上划分，而且从径面上划分出不同的功能，用于辐射的更好接收、发射。
6.需要说明的是：所述宽口径源区为大规模贴片块、微带线半导体基片的集成馈电区。
7.不同于无源馈电方式，本发明为了提高精度，采用大规模的半导体基片作为基本单元，充分实现对于冰层的精准检测，牺牲了成本保证了检测精度的准确。由于成本较高，不作为常见的检测仪器大规模使用。
8.所述贴片块与贴片块之间构成毫米波阵列天线，毫米波天线阵列包括两个，三个或四个贴片块构成的发射天线阵列和四个，六个或八个贴片块构成的接收天线阵列。
9.利用现有毫米波阵列天线的原理，贴片块不同时投入使用，且贴片块的作用在时间段内有可能也会不同，根据实际需要进行控制。
10.所述发射天线阵列和接收天线阵列布局为90
°
型或180
°
型，90
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波传感器相邻的两边，180
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵
列位于毫米波传感器相对的两边。
11.毫米波传感器保证其与贴片块之间无没有阻隔，保证不同层级之间信号传递的准确性，当需要传递信号时，有阻挡的贴片块暂时停止投入使用。
12.所述接收天线和发射天线的贴片块的饼状介电质均设置有阻抗匹配槽。
13.贴片块呈凹陷状，其凹陷状即为阻抗匹配槽，且饼状介电质位于阻抗匹配槽内，用于增益辐射效果。
14.所述毫米波天线阵列由m*n个相同的贴片块组成，每一个贴片块都连有一路整流电路，整流电路将每个贴片块所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该贴片块处所接受到的信号的强度。
15.本发明的宽口径源区可以用于任意高度的冰层检测，且可以检测到冰层上多个目标的相对高度，充分发挥了贴片块组成的毫米波天线阵列的高精准效果。
16.本发明的有益效果是：本发明所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，通过从层级上划分出矩阵板、增强版和控制板，通过从径面上划分出微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径，不仅充分实现基于法布里-珀罗腔的高频高增益辐射的效果，而且用于任意高度的冰层检测，且可以检测到冰层上多个目标的相对高度。
附图说明
17.图1是宽口径源区的结构示意图。
18.图2是贴片块的结构示意图。
19.图3是本发明整体的结构示意图。
20.图4是本发明的辐射精度检测示意图。
21.图中：1、矩阵板；11、阻抗匹配槽；12、饼状介电质；2、增强版；3、控制板；31、毫米波传感器；32、贴片块驱动电路；33、微带线驱动电路；34、控制电路。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例1：
24.如图1所示，本发明所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，包括用于接收毫米波的宽口径源区、以及与宽口径源区配套的探测器转接口；宽口径源区包括若干功能层，按照宽度由小到大依次分为矩阵板1、增强版2和控制板3，矩阵板1上按照矩阵布置有实现辐射的贴片块，每个贴片块的中心设置有增强信号作用的饼状介电质12；增强版2沿矩阵板1上贴片块对应位置集中设置有提高增益辐射用的微带线；探测器的辐射基本发生于矩阵板1、增强版2之间；控制板3上设置有控制电路34、微带线驱动电路33、贴片块驱动电路32和毫米波传感器31，控制电路34通过驱动微带线驱动电路33带动增强版2上的微带线作为辐射源、通过贴片块驱动电路32驱动矩阵板1上的贴片块作为辐射单元，微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径。
25.本发明提供一种解决方案，即：如图3所示，将原本两层设置一层的辐射源区更改为三层，且每一层具备不同的功能，利用矩阵板1的阵列、增强版2水平垂直的微带线、控制板3密切的配合，不仅可以通过立体分层结构实现散热问题，而且利用三者之间的高度关系，充分实现基于法布里-珀罗腔的高频高增益辐射的效果。由于口径原因限制信号的检测精度问题，则通过微带线和贴片块共用宽径面得以解决。本发明不仅从层级上划分，而且从径面上划分出不同的功能，用于辐射的更好接收、发射。
26.需要说明的是：所述宽口径源区为大规模贴片块、微带线半导体基片的集成馈电区。
27.不同于无源馈电方式，本发明为了提高精度，采用大规模的半导体基片作为基本单元，充分实现对于冰层的精准检测，牺牲了成本保证了检测精度的准确。由于成本较高，不作为常见的检测仪器大规模使用。
28.所述贴片块与贴片块之间构成毫米波阵列天线，毫米波天线阵列包括两个，三个或四个贴片块构成的发射天线阵列和四个，六个或八个贴片块构成的接收天线阵列。
29.利用现有毫米波阵列天线的原理，贴片块不同时投入使用，且贴片块的作用在时间段内有可能也会不同，根据实际需要进行控制。
30.所述发射天线阵列和接收天线阵列布局为90
°
型或180
°
型，90
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波传感器31相邻的两边，180
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波传感器31相对的两边。
31.毫米波传感器31保证其与贴片块之间无没有阻隔，保证不同层级之间信号传递的准确性，当需要传递信号时，有阻挡的贴片块暂时停止投入使用。
32.如图2所示，所述接收天线和发射天线的贴片块的饼状介电质12均设置有阻抗匹配槽11。
33.贴片块呈凹陷状，其凹陷状即为阻抗匹配槽11，且饼状介电质12位于阻抗匹配槽11内，用于增益辐射效果。
34.所述毫米波天线阵列由m*n个相同的贴片块组成，每一个贴片块都连有一路整流电路，整流电路将每个贴片块所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该贴片块处所接受到的信号的强度。
35.本发明的宽口径源区可以用于任意高度的冰层检测，且可以检测到冰层上多个目标的相对高度，充分发挥了贴片块组成的毫米波天线阵列的高精准效果。
36.最后，如图4所示，本发明在检测12cm后的冰层时的检测效果，并示出了本发明的探测器检测精度。应用毫米波技术，通过计算毫米波发射与接收的时间差来计算距离的长短，毫米波遇到输电线路和覆冰后反射的时间的计算的距离不同，比较两者的差值即可计算覆冰厚度。应用毫米波检测覆冰厚度，检测过程中计算的数据量小，计算时间大大降低，并且提高了检测精度。其中毫米波传感器用于发射和接受毫米波，处理器将毫米波传感器得到的数据进行处理，计算出覆冰厚度，显示装置用于显示覆冰厚度的数值。
37.本发明的有益效果是：本发明所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，通过从层级上划分出矩阵板1、增强版2和控制板3，通过从径面上划分出微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径，不仅充分实现基于法布里-珀罗腔的高频高增益辐射的效果，而且用于任意高度的冰层检测，且可以检测到冰层上多个目标的相对高度。
38.本发明可广泛运用于输电线路检测场合。
39.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，包括用于接收毫米波的宽口径源区、以及与宽口径源区配套的探测器转接口；宽口径源区包括若干功能层，按照宽度由小到大依次分为矩阵板(1)、增强版(2)和控制板(3)，矩阵板(1)上按照矩阵布置有实现辐射的贴片块，每个贴片块的中心设置有增强信号作用的饼状介电质(12)；增强版(2)沿矩阵板(1)上贴片块对应位置集中设置有提高增益辐射用的微带线；探测器的辐射基本发生于矩阵板(1)、增强版(2)之间；控制板(3)上设置有控制电路(34)、微带线驱动电路(33)、贴片块驱动电路(32)和毫米波传感器(31)，控制电路(34)通过驱动微带线驱动电路(33)带动增强版(2)上的微带线作为辐射源、通过贴片块驱动电路(32)驱动矩阵板(1)上的贴片块作为辐射单元，微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径。2.根据权利要求1所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，所述宽口径源区为大规模贴片块、微带线半导体基片的集成馈电区。3.根据权利要求1所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，所述贴片块与贴片块之间构成毫米波阵列天线，毫米波天线阵列包括两个，三个或四个贴片块构成的发射天线阵列和四个，六个或八个贴片块构成的接收天线阵列。4.根据权利要求3所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，所述发射天线阵列和接收天线阵列布局为90
°
型或180
°
型，90
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波传感器(31)相邻的两边，180
°
型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波传感器(31)相对的两边。5.根据权利要求3或4所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，所述接收天线和发射天线的贴片块的饼状介电质(12)均设置有阻抗匹配槽(11)。6.根据权利要求1所述的宽径面毫米波冰面厚度探测器，其特征在于，所述毫米波天线阵列由m*n个相同的贴片块组成，每一个贴片块都连有一路整流电路，整流电路将每个贴片块所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该贴片块处所接受到的信号的强度。

技术总结
本发明涉及一种宽径面毫米波冰面厚度探测器，属于输电线路检测技术领域。本发明包括用于接收毫米波的宽口径源区、以及与宽口径源区配套的探测器转接口；宽口径源区包括若干功能层，依次分为矩阵板、增强版和控制板，矩阵板上按照矩阵布置有实现辐射的贴片块，增强版沿矩阵板上贴片块对应位置集中设置有提高增益辐射用的微带线；探测器的辐射基本发生于矩阵板、增强版之间；微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径；通过从层级上划分出矩阵板、增强版和控制板，通过从径面上划分出微带线和贴片块共用宽径面的辐射口径，不仅充分实现基于法布里-珀罗腔的高频高增益辐射的效果，而且用于任意高度的冰层检测，且可以检测到冰层上多个目标的相对高度。目标的相对高度。目标的相对高度。


技术研发人员：李英涛 唐立刚 王文超 谭晓亭 徐志林 蔡六一 董骅辉 崔世凯
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/3/8