RFTacho：旋转机械的非侵入式射频监测

转速测量对许多工程应用至关重要；它能揭示仅凭振动监测无法发现的故障，并增强旋转机械的振动信号分析。目前最先进的是光学、磁性或机械式转速计。它们的局限性在于需要视距条件和直接接近旋转物体。本文提出 RFTacho，一种转速测量系统，其利用新颖的硬件和信号处理算法方便地产生高准确度读数。RFTacho 使用射频轨道角动量（OAM）波来同时测量多台机器的转速，且对机器自身特性无任何要求。OAM 天线使其能够在工业中常见的高散射环境中工作，因为与线极化天线相比，它们对去极化具有弹性。RFTacho 通过使用两种新颖的信号处理算法，在高散射环境、非视距场景和动态环境条件产生的噪声中同时提取多个旋转物体的转速，分辨率为 $1 rpm$。我们在风扇、电机、空调等若干真实世界机器上测试了 RFTacho。结果表明，与真值相比，RFTacho 的平均误差 $<0.5\%$。我们展示了 RFTacho 所具有的其他转速计不具备的同步多目标测量能力。初步实验表明，RFTacho 可测量高达 7000 rpm（理论上 60000 rpm）的转速，在不同覆盖距离和方位角下具有高弹性，仅需 150 mW 发射功率，工作于 5 GHz 免许可频段。RFTacho 是首个结合 OAM 波与新颖处理方法以非侵入式方式同时测量多台机器转速的基于射频的传感系统。