CN107063437A - 基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置，包括通信连接的上位机和下位机，下位机包括依次电连接的：麦克风阵列、用于采集核电站各运行部件的机械噪声；预处理模块、用于将麦克风阵列所采集到的机械噪音数据进行预处理；噪声定位模块，用于对预处理后的机械噪声数据进行声源定位；第一通信模块；用于将所述声源定位数据输出；上位机包括：第二通信模块，与所述第一通信模块耦合；主控模块，用于将第二通信模块所接收的声源定位数据分别传输至与其电连接的存储模块和显示模块。由上，下位机通过麦克风阵列准确采集噪声，并且确定声源位置，将上述信息发送给远端的上位机，实现对于核电站各运行部件的噪声监控。
Description
技术领域
本发明涉及核电控制技术领域，特别是涉及一种基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置。
背景技术
核电站的设备安全运营一直是重中之重。当设备故障或者老化时，容易产生噪音。但核岛对人的安全性危害较大，因此人工无法对设备的噪音进行准确检测，长此以往，若无法在设备故障或者老化的初始阶段发现，任其发展，将对核电站的设备安全造成严重威胁。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置，包括通信连接的上位机和下位机，其特征在于，
所述下位机包括依次电连接的：
麦克风阵列、用于采集核电站各运行部件的机械噪声；
预处理模块、用于将麦克风阵列所采集到的机械噪音数据进行预处理；
噪声定位模块，用于对预处理后的机械噪声数据进行声源定位；和
第一通信模块；用于将所述声源定位数据输出；
所述上位机包括：
第二通信模块，与所述第一通信模块耦合；
主控模块，与所述第二通信模块电连接，用于将第二通信模块所接收的声源定位数据分别传输至与其电连接的存储模块和显示模块。
由上，下位机通过麦克风阵列准确采集噪声，并且确定声源位置，将上述信息发送给远端的上位机，实现对于核电站各运行部件的噪声监控。
可选的，所述圆形阵列中的麦克风阵元通过一圆盘固定，在圆盘上等间距的设置有伸缩杆。
所述麦克风阵列包括多组在不同高度上的所述圆形阵列。
所述不同高度圆形阵列的固定圆盘通过伸缩杆连接，在连接处通过万向节进行固定。
由上，阵列中不同位置的麦克风阵元可以检测出噪音情况，便于对噪音声源的定位。
可选的，所述预处理模块包括依次连接的滤波器、运算放大器和模数转换器。
由上，由于麦克风阵列输出电压比较微小，故需要对其采集的数据进行滤波放大处理。
可选的，所述滤波器包括型号为MAX274的芯片；
所述运算放大器包括型号为LM224的芯片。
可选的，所述麦克风阵列中的麦克风为型号为WM7121的麦克风。
可选的，所述第一、第二通信模块至少包括以下之一：以太网通信模块、ZigBee通信模块和Wi-Fi通信模块。
由上，通过多种网络形态将数据远程输出，提高了网络兼容性。
可选的，所述下位机外部喷涂聚醚醚酮树脂。
由上，由于该绝缘绝缘材料是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，耐高温260℃、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、抗辐射。由此，可使得下位机耐受500KGy的核辐射剂量。
附图说明
图1为基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置的原理示意图；
图2中(A)为麦克风阵列第一实施例的结构示意图；
图2中(B)为麦克风阵列第二实施例的结构示意图；
图2中(C)为麦克风阵列第三实施例的结构示意图；
图3为预处理模块中滤波器的电路原理图；
图4为预处理模块中运算放大器的电路原理图。
具体实施方式
下面参见附图对本发明所述的基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置进行详细说明。
如图1所示，基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置包括下位机和上位机。所述下位机设置于核岛内，用于采集核电站运行部件的机械噪声情况，并对所采集的噪声的声源进行定位。所述上位机设置于核电站控制室，远程接收噪声情况，并依据噪声分析核电站旋转机械是否产生故障。
所述下位机包括依次连接的：
麦克风阵列11，用于采集核电站各运行部件的机械噪声。如图2中(A)所示，所述麦克风阵列11包括处于同一平面上，相互间等间距六个麦克风阵元所组成的圆形阵列，即图2中(A)所示的标号为A～E的六个麦克风阵元。由此，阵列中不同位置的麦克风阵元可以检测出噪音的衰减，便于后文所述对于噪音的定位。
进一步的，所述麦克风阵列11还可设置为三维结构，即如图2中(B)所示，即将图2中(A)中处于同一平面上，相互间等间距六个麦克风阵元所组成的圆形阵列再依照不同高度进行排布，即对应最高层包括标号为A1～E1的六个麦克风阵元，中间层包括标号为A2～E2的六个麦克风阵元，最底层包括标号为A3～E3的六个麦克风阵元。由此可进一步增加后文对噪音定位的准确性。当然，实际情况中还可设置更多层，在此不进行限定。
更进一步的，各圆形阵列中的麦克风阵元通过一圆盘固定，在圆盘上等间距的设置有伸缩杆，由此可以灵活调整所述阵列中各麦克风的位置。
各不同高度的圆形阵列的所述固定圆盘通过伸缩杆连接，且在连接处通过万向节进行固定，以此，在实际应用中实现高度可调、俯仰角度可调，以及旋转方位可调。
本实施例中，所述麦克风阵元采用属于微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，由WOLFSON公司生产的型号为WM7121的麦克风阵元，阵列直径40-50cm，频率范围：2kHz～10kHz。
预处理模块12，与所述麦克风阵列11电连接，用于将麦克风阵列11所采集到的噪音数据进行滤波、放大以及模数转换等预处理工作。
由于麦克风阵列输出电压比较微小，故需要对其采集的数据进行滤波放大等处理。其中，滤波器选择MAXIM公司开发的型号为MAX274的有源滤波器，其内部含4个独立的二阶滤波单元，只需要外接电阻即可实现滤波器功能，图3为MAX274的电路原理图。
运算放大器选择型号为LM224的芯片，通过调节滑动电阻PT1可改变运算放大器的放大倍数，保证输出端口OUT在0-10V范围内，图4为运算放大器LM224芯片的电路原理图。
模数转换器用于将麦克风阵列所采集的模拟量转换为数字量，以便于后续噪音定位。实现模数转换的芯片型号较多，例如AD公司生产的各种模数转换器。
噪声定位模块13，用于依据所接收的噪音数据，对噪声源进行定位。常用定位技术包括三维声源定位模型方程，即依据声源与阵列各阵元的空间关系，用时延估计法、MUSIC算法、ESPRIT算法，最大似然估计方法、小波估计及最大似然结合算法等求解得到声源的方位角，所述噪声定位模块13可采用NI系统实现。
第一通信模块14，用于将噪声定位模块13所确定的位置数据进行调制处理并输出。本实施例中，所述第一通信模块14采用以太网通信模块实现。另外，还可采用ZigBee通信模块或Wi-Fi通信模块实现。
进一步的，由于所述下位机设置于核岛内，由此需进行防辐射处理。例如喷涂绝缘材料，所述绝缘材料包括聚醚醚酮树脂(PEEK)，该绝缘绝缘材料是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，耐高温260℃、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、抗辐射。由此，可使得下位机耐受500KGy的核辐射剂量。
上位机包括：
第二通信模块21，与所述第一通信模块14耦合，用于接收第一通信模块14所输出的数据。
主控模块22，与所述第二通信模块21电连接，用于将第二通信模块21所接收的数据分别传输至与其电连接的存储模块23进行存储，传输至显示模块24进行显示。
较佳的，还包括与所述主控模块22连接的故障诊断模块(未图示)，用于依据噪音的高低以及位置判断对应位置的器件是否出现故障。所述故障诊断模块可采用比较器实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于麦克风阵列的核电站噪声测试装置，包括通信连接的上位机和下位机，其特征在于，
所述下位机包括依次电连接的：
麦克风阵列、用于采集核电站各运行部件的机械噪声；
预处理模块、用于将麦克风阵列所采集到的机械噪音数据进行预处理；
噪声定位模块，用于对预处理后的机械噪声数据进行声源定位；和
第一通信模块；用于将所述声源定位数据输出；
所述上位机包括：
第二通信模块，与所述第一通信模块耦合；
主控模块，与所述第二通信模块电连接，用于将第二通信模块所接收的声源定位数据分别传输至与其电连接的存储模块和显示模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述麦克风阵列包括处于同一平面上，相互间等间距的六个麦克风阵元所组成的圆形阵列。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述圆形阵列中的麦克风阵元通过一圆盘固定，在圆盘上等间距的设置有伸缩杆，所述麦克风阵元设置于所述伸缩杆上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述麦克风阵列包括多组在不同高度上的所述圆形阵列。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述不同高度圆形阵列的固定圆盘通过伸缩杆连接，在连接处通过万向节进行固定。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预处理模块包括依次连接的滤波器、运算放大器和模数转换器。
7.根据权利要求6所述的装置，所述滤波器包括型号为MAX274的芯片；
所述运算放大器包括型号为LM224的芯片。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述麦克风阵列中的麦克风为型号为WM7121的麦克风。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二通信模块至少包括以下之一：以太网通信模块、ZigBee通信模块和Wi-Fi通信模块。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下位机外部喷涂聚醚醚酮树脂。
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