一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法，该系统包括：RFID标签设在所有待检测物体周围的预定距离处；连接有天线的读写器与数据处理装置通信连接，读写器能读取各RFID标签的反射信号的相位数据；数据处理装置，能经读写器获取RFID标签的反射信号的相位数据，并对相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及对原信号通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。该系统基于商用RFID设备，可在不接触振动物体情况下，利用一个标签测量多个物体的振动频率，操作和部署简单，方便安全，实用性好，普适性好，有无物体视线都可，应用领域广泛。

A Non-contact System and Method for Simultaneous Measurement of Vibration Frequencies of Multiple Objects

【技术实现步骤摘要】
一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法
本专利技术涉及工业物联网领域，尤其涉及一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法。
技术介绍
振动是一种机械现象，发生在平衡点附近，产生基于时间的周期性位移。在许多情况下，振动必须被准确地观察到。例如，广泛用于工业物联网领域中的旋转机械(风机、电机、马达、齿轮等)。类似地，每个建筑物或桥梁都具有振动的频率，这个频率与建筑结构、风、甚至地震等有关。又如，在典型的生产线中，多个工作电机同时振动，都需要测量精确的振动频率来检查这些电机的工作状态。近年来有趣的应用是通过移动电话中的电机或扬声器产生的物理振动来调制信息包以进行近场通信。又如弹奏弦乐器(如吉他)时，不同弦的振动发出声音，构成优美的旋律。这些应用来自完全不同的领域，但有共同的特点：振动频率。用于测量振动频率的传统方法需要专门的传感器(例如，加速度，速度或位移传感器)，而它们大部分既不是非接触式也不是通用的。例如，激光等速度传感器是高分辨率和高速测量的最佳选择，但在没有物体视线的情况下会失效。高速摄像机可能成为另一种选择，但由于其成本和部署难度，很少在工业中采用。最近有利用无线振动测量法窃听扬声器声音的新方法，然而，它不是测量振动频率的通用解决方案，因为它需要非常安静的环境。任何周围的扰动(例如，风扇的旋转)都会引入大的误差。目前，采用成熟技术的RFID，正在发展成为识别和跟踪物体的主要技术之一。许多行业已经迅速将RFID标签贴在他们的产品上作为条形码的替代品。使用RFID来感知振动的基本概念是通过标签的随机和低频读数来测量振动频率，其中每个读数被视为振动的一个采样。例如，Tagbeat和Tagtwins提出了一种基于RFID的方法来检测单个物体的振动频率。具体地，振动使附着在振动表面上的标签在小范围内位移，导致反向散射信号的规则变化。其系统可以通过辨别这种通信模式而无需专门的传感器来显示频率信息。然而，目前的这些系统具有有限的适用性，因为都需要将RFID标签贴在被测物体上，而大多数工作对象不能贴上RFID标签。因此，这些系统至少存在以下问题：由于需要在测量过程中附加和取消标签，这会产生额外的成本，对正在高速旋转的物体因温度过高等原因而不能贴标签，而且一个标签只能同时测量一个物体，但实际情况中会有很多物体在同时振动，这也带来了不便性。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法，能以非接触方式同时准确的测量多个物体的振动频率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，包括：一个RFID标签、连接有天线的读写器和数据处理装置；其中，所述RFID标签设在所有待检测物体周围的预定距离处；所述连接有天线的读写器与所述数据处理装置通信连接，所述读写器能读取各RFID标签的反射信号的相位数据；所述数据处理装置，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据，并对所述相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及对所述原信号通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。本专利技术实施方式提供一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式方法，采用本专利技术所述的非接触式系统，包括以下步骤：步骤1，设备部署：将每个RFID标签设在所对应所有待检测物体的周围，所述RFID标签与所述各待检测物体均保持预定的距离；将连接有天线的读写器与所述数据处理装置通信连接；步骤2，信号读取与处理：所述数据处理装置经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据，并对所述相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统及方法，其有益效果为：通过在所有待检测物体周围的预定距离处设置一个RFID标签，并通过数据处理装置对经读写器读取RFID标签的反射信号的相位数据依次进行压缩感知处理和信号区分处理，得出振动物体的数量和各自的振动频率，实现了以非接触方式同时测量多个物体的振动频率，由于基于RFID设备，操作和部署简单；RFID标签不必贴在振动物体上，置于被检测物体旁边的预定距离内即可，更加方便安全；实用性好，一个RFID标签可同时测量多个振动物体的频率；普适性好，有无物体的视线都可，应用领域广泛；准确率相对较高，测量精确，误差小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的非接触式系统的构成示意图；图2为本专利技术实施例提供的非接触式方法的流程图。具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。如图1所示，本专利技术实施例提供一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，包括：一个RFID标签、连接有天线的读写器和数据处理装置；其中，所述RFID标签设在所有待检测物体周围的预定距离处；所述连接有天线的读写器与所述数据处理装置通信连接，所述读写器能读取各RFID标签的反射信号的相位数据；所述数据处理装置，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据，并对所述相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及对所述原信号通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。上述系统中，RFID标签与各待检测物体的预定距离均为：5～50厘米。上述系统中，数据处理装置包括：信号采集单元、压缩感知处理单元、信号区分处理单元和输出单元；其中，所述信号采集单元，与所述读写器通信连接，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据；所述压缩感知处理单元，与所述信号采集单元通信连接，能对所述信号采集单元得出的相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号；所述信号区分处理单元，与所述压缩感知单元通信连接，能对所述压缩感知单元进行压缩感知处理得出的原信号进行信号区分处理，区分得出与振动物体数量一致的多个信号；所述输出单元，与所述信号区分处理单元通信连接，能输出所述信号区分处理单元区分处理得出的全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。上述系统中，压缩感知处理单元对所述信号采集处理单元区分得出的相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体的频率和噪声频率的原信号的方式如下：步骤A1、利用所述读写器对所述RFID标签的随机读取信号作为向量构建传感矩阵，将应读取信号与随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，包括：一个RFID标签、连接有天线的读写器和数据处理装置；其中，所述RFID标签设在所有待检测物体周围的预定距离处；所述连接有天线的读写器与所述数据处理装置通信连接，所述读写器能读取各RFID标签的反射信号的相位数据；所述数据处理装置，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据，并对所述相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及对所述原信号通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。

【技术特征摘要】
1.一种能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，包括：一个RFID标签、连接有天线的读写器和数据处理装置；其中，所述RFID标签设在所有待检测物体周围的预定距离处；所述连接有天线的读写器与所述数据处理装置通信连接，所述读写器能读取各RFID标签的反射信号的相位数据；所述数据处理装置，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据，并对所述相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号，以及对所述原信号通过信号区分处理得出与振动物体数量一致的多个信号，并输出全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。2.根据权利要求1所述的能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，所述RFID标签与各待检测物体的预定距离均为：5～50厘米。3.根据权利要求1所述的能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，所述数据处理装置包括：信号采集单元、压缩感知处理单元、信号区分处理单元和输出单元；其中，所述信号采集单元，与所述读写器通信连接，能经所述读写器获取所述RFID标签的反射信号的相位数据；所述压缩感知处理单元，与所述信号采集单元通信连接，能对所述信号采集单元得出的相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体频率和噪声频率的原信号；所述信号区分处理单元，与所述压缩感知单元通信连接，能对所述压缩感知单元进行压缩感知处理得出的原信号进行信号区分处理，区分得出与振动物体数量一致的多个信号；所述输出单元，与所述信号区分处理单元通信连接，能输出所述信号区分处理单元区分处理得出的全部振动物体的数量和各振动物体的振动频率。4.根据权利要求3所述的能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，所述压缩感知处理单元对所述信号采集处理单元区分得出的相位数据进行压缩感知处理得出包含振动物体的频率和噪声频率的原信号的方式如下：步骤A1、利用所述读写器对所述RFID标签的随机读取信号作为向量构建传感矩阵，将应读取信号与随机读取信号的残差作为采样向量，设置初始化为空的频率索引集，设置稀疏度为K；步骤A2、找出所述残差和传感矩阵某一列的向量积中最大值对应的下标，并将之归入所述频率索引集，通过所述频率索引集记录找到的传感矩阵中的全部重构频率；步骤A3、将所述频率索引集中重构频率的信号从原残差中减去后更新残差；步骤A4、重复上述步骤A2和A3，并在迭代K次后终止，找出的所述频率索引集中的各重构频率即为包含振动物体的频率和噪声频率的原信号。5.根据权利要求3或4所述的能同时测量多个物体振动频率的非接触式系统，其特征在于，所述信号区分处理单元对所述压缩感知单元获取的原信号进行信号区分处理，区分得出与振动物体数量一致的多个信号的方式如下：步骤B1，向所述原信号里添加一个人造的高斯加性白噪声，并保持原信号所对应的总能量不变；步骤B2，记录所述原信号中能量减弱的信号作为振动信号，所述能量减弱的信号为：用加噪声之后的信号频率对应的能量减去加噪声之前的信号频率对应的能量，如果值为负，则此信号记为振动信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨盘隆，李向阳，冯元浩，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34