CN109596207A - 一种智能数显声波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种智能数显声波传感器，其结构包括信号调理模块、滤波处理模块、增益调节模块、电流变换模块、采样保持模块、数模转换模块、电源测量模块、工作电源模块、温度测量模块、MCU控制模块、OLED显示模块、自检执行模块。本发明的优点：1）实时采集炉内声音及频率信号，对信号进行处理和输出；2）采用计算机技术和数字显示模块实现现场实时监测传感器测量数据和传感器工作状况，保证设备正常可靠运行；3）采用堆垛式安装结构，提高安装效率，方便设备维修；4）减少设备所需电缆芯数，降低工程成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种智能数显声波传感器，属于管道系统监测技术领域。
背景技术
声波传感器是一种通过前端声波采集和处理，并通过电流传输至后续设备采用声波测量和信号处理的装置，广泛应用于锅炉炉管的监测过程中，实现对锅炉、再热器管、水冷壁管、过热器管、省煤器管等发生管道泄漏情况的早期报警。
现有声波传感器主要存在如下缺点：
1）不具备数字显示功能和现场自检功能，检修人员不能直接观测数据，难以及时了解现场情况；同时接线方式固定，不利于安装和维修；
2）传感器需要正负直流电源供电，同时远程自检功能需要独立通道引入，电缆线芯多，导致设备耗能增加；
3）不能实时测量现场信号电流和电源电压，也不能实时测量温度并显示，无法实时反映数据测量情况或异常；
4）不具备自动消音功能，在报警后不能自行回归待机状态。
发明内容
本发明的目的在于解决现有声波传感器存在的上述问题，提出一种具备数字显示功能和现场自检功能，并加以显示的的智能数显声波传感器。
本发明的技术解决方案：一种智能数显声波传感器，其结构包括信号调理模块1、滤波处理模块2、增益调节模块3、电流变换模块4、采样保持模块5、数模转换模块6、电源测量模块7、工作电源模块8、温度测量模块9、MCU控制模块10、OLED显示模块11、自检执行模块12；其中信号调理模块1的输入端连接安装于管道各处的传感器单元，信号调理模块1的输出端连接滤波处理模块2的输入端滤波处理模块2的输出端连接的增益调节模块3输入端，增益调节模块3的输出端同时连接电流变换模块4的输入端和采样保持模块5的输入端，电流变换模块4的输出端将电流信号输出至上位机，采样保持模块5的输出端连接数模转换模块6的第一输入端；工作电源模块8的输入端连接外部电源输入管线，工作电源模块8的输出端连接电源测量模块7的输入端，电源测量模块7的输出端连接数模转换模块6的第二输入端，数模转换模块6的输出端连接MCU控制模块10的第一输入端，温度测量模块9的输出端连接MCU控制模块10的第二输入端，MCU控制模块10的第一输出端连接的OLED显示模块11输入端，MCU控制模块10的第二输出端连接自检执行模块12的输入端。
本发明的优点：
1）实时采集炉内声音及频率信号，对信号进行处理和输出；
2）采用计算机技术和数字显示模块实现现场实时监测传感器测量数据和传感器工作状况，保证设备正常可靠运行；
3）采用堆垛式安装结构，提高安装效率，方便设备维修；
4）减少设备所需电缆芯数，降低工程成本。
附图说明
附图1是智能数显声波传感器的结构示意图。
图中1是信号调理模块、2是滤波处理模块、3是增益调节模块、4是电流变换模块、5是采样保持模块、6是数模转换模块、7是电源测量模块、8是工作电源模块、9是温度测量模块、10是MCU控制模块、11是OLED显示模块、12是自检执行模块。
具体实施方式
如图1所示，一种智能数显声波传感器，其结构包括信号调理模块1、滤波处理模块2、增益调节模块3、电流变换模块4、采样保持模块5、数模转换模块6、电源测量模块7、工作电源模块8、温度测量模块9、MCU控制模块10、OLED显示模块11、自检执行模块12；其中信号调理模块1的输入端连接安装于管道系统内声波传导管处的传感器单元输出端，信号调理模块1的输出端连接滤波处理模块2的输入端，滤波处理模块2的输出端连接的增益调节模块3的输入端，增益调节模块3的输出端同时连接电流变换模块4的输入端和采样保持模块5的输入端；增益调节模块3输出的信号其中一路经电流变换模块4的电压转换与电流处理，产生与信号成正比的电流信号，由电流变换模块4的输出端输出电流，经现场的传输电缆传输至远端监控系统，实现信号远传功能；另一路信号经采样保持模块5的处理并通过采样保持模块5的输出端连接数模转换模块6的输入端；工作电源模块8的输入端连接外部电源输入管线，工作电源模块8的输出端连接电源测量模块7的输入端，电源测量模块7的输出端连接数模转换模块6的第二输入端，数模转换模块6的输出端连接MCU控制模块10的第一输入端，温度测量模块9的输出端连接MCU控制模块10的第二输入端，MCU控制模块10的第一输出端连接的OLED显示模块11输入端，MCU控制模块10的第二输出端连接自检执行模块12的输入端。
所述的传感器单元将炉膛内泄漏声经传导管传至信号调理模块1，信号调理模块1对音频信号进行放大；采用单电源供电模式主要是为了减少电缆芯数，信号调理模块1采用偏移工作点方式达到信号电平的匹配，经过两级放大器的放大处理，使得传感器拾取的微弱信号满足后续单元处理的需要。
所述的信号调理模块1将测量点的声频信号经过滤波处理模块2进行滤波处理，再通过增益调节模块3放大转换成音频电流信号，使得输出的电流信号中含有信号中主要信息，以便后续电路的处理。
所述的电流变换模块4是将经过前面单元处理的音频电压信号转换成输出的电流信号经过电缆传至监控系统上位机，提供监听和报警提示；同时该音频电压信号通过采样保持模块5、数模转换模块6转换为数字信号，输出至MCU控制模块10，通过MCU控制模块10采用微处理机技术对音频电压信号进行处理。
所述的电源测量模块7通过对传感器电源电压变化的测量（该变化由上位机控制），即工作电源模块8输入端接受到的电压数值大小的变化，经MCU控制模块10模数转换读入微处理机中，通过定时处理程序产生定时输出信号，启动和关闭自检执行模块12中自检信号驱动器推动或禁止蜂鸣器发声，完成传感器的自检过程，实现由上位机控制远端动作控制声频传感器通道自检动作控制。
所述的工作电源模块8用于将外部电源转换为使智能数显声波传感器正常工作的电能。
所述的温度测量模块9通过对环境温度的数据检测并输入MCU控制模块10，有利于对声波传感器检测结果的判断。
所述的MCU控制模块10采用微处理机技术精确定时测试信号的时间常数，实现传感器自动完成自检工作的功能，通过微处理机定时器功能设定消音时间，实现自动消音功能。
所述的OLED显示模块11通过OLED屏实现音频电流、电源电压和温度值的显示功能。
所述的自检执行模块12通过智能数显声波传感器上安装的自检按钮，并通过OLED显示模块11的现场数字显示界面指示工作状态。从而克服现场运行和维护人员无法校验设备运行状况的缺点；当按下自检按钮时，触发自检执行模块12中自检信号驱动器推动蜂鸣器发声，如果再次按该按钮蜂鸣器则立即消声；如果没有按该按钮消声，自检执行模块12维持蜂鸣器发声，但MCU控制模块10接受自检触发信号后经过定时处理程序产生定时输出信号，自动关闭自检执行模块12中自检信号驱动器，禁止蜂鸣器发声，完成传感器的自检过程。
本发明所提出的智能数显声波传感器将炉膛内泄漏声音经管壁传导至设备内部，对声音及频率信号进行放大，并将音频信号转换成输出的电流信号经过电缆传至监控系统，提供监听和报警提示；测量点的声频经过传感器进行滤波处理，放大转换成音频电流信号，使得输出的电流信号中含有信号中主要信息，以便后续电路的处理。该智能数显声波传感器采用微型计算机技术对声频电压数值采集，处理和显示。实现电源电压，信号电流和声波传导管内温度变量的显示，提供远程和现场传感器工作状态的自动和手动检测。
Claims (10)
1.一种智能数显声波传感器，其特征是包括信号调理模块（1）、滤波处理模块（2）、增益调节模块（3）、电流变换模块（4）、采样保持模块（5）、数模转换模块（6）、电源测量模块（7）、工作电源模块（8）、温度测量模块（9）、MCU控制模块（10）、OLED显示模块（11）、自检执行模块（12）；其中信号调理模块（1）的输入端连接安装于管道系统内声波传导管处的传感器单元输出端，信号调理模块（1）的输出端连接滤波处理模块（2）的输入端，滤波处理模块（2）的输出端连接的增益调节模块（3）的输入端，增益调节模块（3）的输出端同时连接电流变换模块（4）的输入端和采样保持模块（5）的输入端；增益调节模块（3）输出的信号其中一路经电流变换模块（4）的电压转换与电流处理，产生与信号成正比的电流信号，由电流变换模块（4）的输出端输出电流，经现场的传输电缆传输至远端监控系统，实现信号远传功能；另一路信号经采样保持模块（5）的处理并通过采样保持模块（5）的输出端连接数模转换模块（6）的输入端；工作电源模块（8）的输入端连接外部电源输入管线，工作电源模块（8）的输出端连接电源测量模块（7）的输入端，电源测量模块（7）的输出端连接数模转换模块（6）的第二输入端，数模转换模块（6）的输出端连接MCU控制模块（10）的第一输入端，温度测量模块（9）的输出端连接MCU控制模块（10）的第二输入端，MCU控制模块（10）的第一输出端连接的OLED显示模块（11）输入端，MCU控制模块（10）的第二输出端连接自检执行模块（12）的输入端。
2.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的传感器单元将炉膛内泄漏声经传导管传至信号调理模块（1），信号调理模块（1）对音频信号进行放大；采用单电源供电模式减少电缆芯数，信号调理模块（1）采用偏移工作点方式达到信号电平的匹配，经过两级放大器的放大处理，使得传感器拾取的微弱信号满足后续单元处理的需要。
3.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的信号调理模块（1）将测量点的声频信号经过滤波处理模块（2）进行滤波处理，再通过增益调节模块（3）放大转换成音频电流信号，使得输出的电流信号中含有信号中主要信息，以便后续电路的处理。
4.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的电流变换模块（4）是将经过前面单元处理的音频电压信号转换成输出的电流信号经过电缆传至监控系统上位机，提供监听和报警提示；同时该音频电压信号通过采样保持模块（5）、数模转换模块（6）转换为数字信号，输出至MCU控制模块（10），通过MCU控制模块（10）采用微处理机技术对音频电压信号进行处理。
5.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的电源测量模块（7）通过对传感器电源电压变化的测量，即工作电源模块（8）输入端接受到的电压数值大小的变化，经MCU控制模块（10）模数转换读入微处理机中，通过定时处理程序产生定时输出信号，启动和关闭自检执行模块（12）中自检信号驱动器推动或禁止蜂鸣器发声，完成传感器的自检过程，实现由上位机控制远端动作控制声频传感器通道自检动作控制。
6.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的工作电源模块（8）用于将外部电源转换为使智能数显声波传感器正常工作的电能。
7.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的温度测量模块（9）通过对环境温度的数据检测并输入MCU控制模块（10），有利于对声波传感器检测结果的判断。
8.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的MCU控制模块（10）采用微处理机技术精确定时测试信号的时间常数，实现传感器自动完成自检工作的功能，并通过微处理机定时器功能设定消音时间，实现自动消音功能。
9.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的OLED显示模块（11）通过OLED屏实现音频电流、电源电压和温度值的显示功能。
10.根据权利要求1所述的智能数显声波传感器，其特征是所述的自检执行模块（12）通过智能数显声波传感器上安装的自检按钮，并通过OLED显示模块（11）的现场数字显示界面指示工作状态。从而克服现场运行和维护人员无法校验设备运行状况的缺点；当按下自检按钮时，触发自检执行模块（12）中自检信号驱动器推动蜂鸣器发声，如果再次按该按钮蜂鸣器则立即消声；如果没有按该按钮消声，自检执行模块（12）维持蜂鸣器发声，但MCU控制模块（10）接受自检触发信号后经过定时处理程序产生定时输出信号，自动关闭自检执行模块（12）中自检信号驱动器，禁止蜂鸣器发声，完成传感器的自检过程。
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