一种核电站用单通道声发射信号采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于核工业数据采集技术领域，具体涉及一种核电站用单通道声发射信号采集装置，用于将辐射区的声发射传感器(3.1)发射的声发射信号收集并传送给辐射区之外的工控设备(3.4)，包括设有声发射信号放大器(3.2)的声发射信号采集器(3.3)，声发射信号放大器(3.2)与声发射传感器(3.1)连接，用于将声发射传感器(3.1)发出的声发射信号进行放大；声发射信号采集器(3.3)与工控设备(3.4)连接，用于采集声发射信号放大器(3.2)放大后的声发射信号进行计算分析并将结果传送给工控设备(3.4)。本发明专利技术为核电站提供了一种单通道分布式声发射信号采集方案，解决声发射数据网络传输和声发射设备分布式布置的问题，也同样适用于具有类似需求对象。需求对象。需求对象。

【技术实现步骤摘要】
一种核电站用单通道声发射信号采集装置


[0001]本专利技术属于核工业数据采集
，具体涉及一种核电站用单通道声发射信号采集装置。

技术介绍

[0002]声发射是材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生的应力波现象。利用接收声发射信号研究材料、动态评价结构的完整性称为声发射检测技术。由于声发射技术先进性，目前已在核电站进行推广应用，核电站在管道泄漏、容器检测、裂纹检测等领域逐步采用声发射检测技术。
[0003]声发射信号频率通常可以达到几百KHz，声发射信号的采集频率要求一般在1MHz以上。受到声发射应用市场限制，声发射信号采集设备目前主要采用PCI、PCIE、PXI接口的采集板卡进行采集。部分声发射公司的声发射采集卡内置声发射信号特征参数计算功能，可将声发射特征参数或波形参数发给工控机软件进行二次应用，而大部分常规采集卡只能完成声发射信号的高频采集，而无法完成声发射特征参数的计算，需要由上位机软件完成，由于声发射信号特征参数计算专业性强，极大增加了上位机软件开发难度，同时也会增加上位机软件的计算负荷。
[0004]声发射技术在核电站实施过程中，采用声发射采集卡集中采集的方式，需要部署大量采集电缆，增加了施工难度和成本，后期声发射测量通道增减的灵活性、可扩展性、操作便捷性也受到限制。随着边缘计算技术和网络化技术的发展，核电站数据采集方式正在从集中采集向分布式采集转变，声发射信号采集方式也依托于边缘技术水平的提高、以太网传输技术的发展以及芯片计算能力的提升向着边缘层分布式采集转变。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种可以用于核电站的分布式声发射信号采集装置，该采集装置可布置在核辐射区域内的声发射传感器附近，具有耐受核辐射特性，可远距离传输声发射信号，并对声发射信号进行采集和计算分析。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是一种核电站用单通道声发射信号采集装置，用于将辐射区的声发射传感器发射的声发射信号收集并传送给辐射区之外的工控设备，其中，包括设有声发射信号放大器的声发射信号采集器，所述声发射信号放大器与所述声发射传感器连接，用于将所述声发射传感器发出的所述声发射信号进行放大；所述声发射信号采集器与所述工控设备连接，用于采集所述声发射信号放大器放大后的所述声发射信号进行计算分析并将结果传送给所述工控设备。
[0007]进一步，所述声发射信号放大器采用纯模拟电路，能够耐辐射，无需单独的外部电源供电；所述声发射信号放大器上设置BNC信号输入端和BNC信号输出端。
[0008]进一步，所述声发射信号放大器通过声发射信号采集通道与所述声发射传感器连接，所述声发射信号采集通道连接在所述BNC信号输入端上；所述声发射信号放大器通过信
号传输通路与所述声发射信号采集器连接，所述信号传输通路连接在所述BNC信号输出端上。
[0009]进一步，
[0010]所述声发射信号采集器的机壳外部设置电源拨键开关、电源接线端子、声发射信号BNC接入口、同步信号BNC接入口、SD卡槽、电源指示灯、通讯指示灯、RJ45网络接口和散热口；
[0011]所述电源拨键开关和所述电源接线端子用于电源接入和通断控制；
[0012]所述声发射信号BNC接入口用于与所述BNC信号输出端连接，用于采集放大后的所述声发射信号；
[0013]所述同步信号BNC接入口用于同步不同的所述声发射信号采集器之间信号采集的时间；
[0014]所述SD卡槽用于存储异常声发射数据，用于故障溯源；
[0015]所述RJ45网络接口用于与所述工控设备通讯。
[0016]进一步，
[0017]所述声发射信号采集器的机壳内部包括串联的幻象电源模块、高通电路模块、低通电路模块、差分驱动电路模块、ADC芯片、FPGA+ARM一体化集成电路和SD卡；
[0018]所述FPGA+ARM一体化集成电路由FPGA芯片、第一ARM芯片和网络控制模块构成；所述FPGA芯片和所述网络控制模块连接到所述第一ARM芯片；所述FPGA芯片与所述ADC芯片连接；所述第一ARM芯片与所述SD卡连接；
[0019]还包括第二ARM芯片、人机接口模块和电源模块，所述第二ARM芯片与所述第一ARM芯片、所述人机接口模块和所述电源模块连接；所述电源模块还连接所述幻象电源模块并与外部的电源连接。
[0020]进一步，
[0021]所述幻象电源模块通过所述信号传输通路为所述声发射信号放大器提供幻象激励电源；
[0022]所述高通电路模块和所述低通电路模块用于对放大后的所述声发射信号进行过滤，滤除通频带之外的杂散信号；所述通频带是指高通频率和低通频率之间的频带；
[0023]所述差分驱动电路模块用于将过滤后的所述声发射信号变化为AD转换所需要的全差分信号；
[0024]所述ADC芯片用于AD转换，将所述差分驱动电路模块转化的所述全差分信号转化为数字信号；所述ADC芯片的采样精度为24位，2.5Msps通道采样率；
[0025]所述FPGA+ARM一体化集成电路还用于接收所述同步信号BNC接入口传送的同步信号，进而实现同步不同的所述声发射信号采集器之间信号采集的时间；
[0026]所述FPGA芯片用于实施所述ADC芯片的AD转换所需的时序，同时承担并行运算，运算结果传送给所述第一ARM芯片；所述FPGA芯片能够实现声发射特征参数、波形和波形流的实时提取和传输；
[0027]所述第一ARM芯片用于将所述ADC芯片送来的所述数字信号以及所述FPGA芯片送来的所述运算结果按通信协议打包，经所述网络控制模块从所述RJ45网络接口与所述工控设备通讯；
[0028]所述网络控制模块的数据传输采用千兆网接口，支持交换机同步采集，支持GPS授时同步；
[0029]所述第二ARM芯片用于对所述人机接口模块和所述电源模块进行控制，从而实现电源管理以及其他外设的控制；所述第二ARM芯片与所述FPGA+ARM一体化集成电路并行运行。
[0030]进一步，电源设计
[0031]所述声发射信号采集器采用单一电源供电，内部电路采用DC
‑
DC开关电源为每级电路供电；其中，为模拟电路供电的开关电源采用工作频率2MHz的DC
‑
DC开关电源，其工作频率远大于所述声发射信号放大器传送来的待采集的所述声发射信号的频率，电源噪音通过所述低通电路模块滤除，并在其后接入自身噪音低于15uV的低噪音的电压稳压器，为所述模拟电路提供纯净的供电电源；
[0032]所述声发射信号放大器的电采用幻象电源供电，所述声发射信号采集器和所述声发射信号放大器之间的所述信号传输通路为单根同轴电缆，同时传输直流供电和交流信号，在所述BNC信号输出端使用电阻实施供电电源和输入信号的叠加，此电阻既是所述声发射信号放大器的负载电阻，也是所述声发射信号采集器的输入电阻，阻值为52.3Ω，使所述声发射信号采集器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核电站用单通道声发射信号采集装置，用于将辐射区的声发射传感器(3.1)发射的声发射信号收集并传送给辐射区之外的工控设备(3.4)，其特征是：包括设有声发射信号放大器(3.2)的声发射信号采集器(3.3)，所述声发射信号放大器(3.2)与所述声发射传感器(3.1)连接，用于将所述声发射传感器(3.1)发出的所述声发射信号进行放大；所述声发射信号采集器(3.3)与所述工控设备(3.4)连接，用于采集所述声发射信号放大器(3.2)放大后的所述声发射信号进行计算分析并将结果传送给所述工控设备(3.4)。2.如权利要求1所述的一种核电站用单通道声发射信号采集装置，其特征是：所述声发射信号放大器(3.2)采用纯模拟电路，能够耐辐射，无需单独的外部电源供电；所述声发射信号放大器(3.2)上设置BNC信号输入端(1.2)和BNC信号输出端(1.3)。3.如权利要求2所述的一种核电站用单通道声发射信号采集装置，其特征是：所述声发射信号放大器(3.2)通过声发射信号采集通道(3.6)与所述声发射传感器(3.1)连接，所述声发射信号采集通道(3.6)连接在所述BNC信号输入端(1.2)上；所述声发射信号放大器(3.2)通过信号传输通路(3.7)与所述声发射信号采集器(3.3)连接，所述信号传输通路(3.7)连接在所述BNC信号输出端(1.3)上。4.如权利要求3所述的一种核电站用单通道声发射信号采集装置，其特征是：所述声发射信号采集器(3.3)的机壳(2.10)外部设置电源拨键开关(2.1)、电源接线端子(2.2)、声发射信号BNC接入口(2.3)、同步信号BNC接入口(2.4)、SD卡槽(2.5)、电源指示灯(2.6)、通讯指示灯(2.7)、RJ45网络接口(2.8)和散热口(2.9)；所述电源拨键开关(2.1)和所述电源接线端子(2.2)用于电源接入和通断控制；所述声发射信号BNC接入口(2.3)用于与所述BNC信号输出端(1.3)连接，用于采集放大后的所述声发射信号；所述同步信号BNC接入口(2.4)用于同步不同的所述声发射信号采集器(3.3)之间信号采集的时间；所述SD卡槽(2.5)用于存储异常声发射数据，用于故障溯源；所述RJ45网络接口(2.8)用于与所述工控设备(3.4)通讯。5.如权利要求4所述的一种核电站用单通道声发射信号采集装置，其特征是：所述声发射信号采集器(3.3)的机壳(2.10)内部包括串联的幻象电源模块(4.1)、高通电路模块(4.2)、低通电路模块(4.3)、差分驱动电路模块(4.4)、ADC芯片(4.5)、FPGA+ARM一体化集成电路(4.6)和SD卡(4.13)；所述FPGA+ARM一体化集成电路(4.6)由FPGA芯片(4.7)、第一ARM芯片(4.8)和网络控制模块(4.9)构成；所述FPGA芯片(4.7)和所述网络控制模块(4.9)连接到所述第一ARM芯片(4.8)；所述FPGA芯片(4.7)与所述ADC芯片(4.5)连接；所述第一ARM芯片(4.8)与所述SD卡(4.13)连接；还包括第二ARM芯片(4.10)、人机接口模块(4.11)和电源模块(4.12)，所述第二ARM芯片(4.10)与所述第一ARM芯片(4.8)、所述人机接口模块(4.11)和所述电源模块(4.12)连接；所述电源模块(4.12)还连接所述幻象电源模块(4.1)并与外部的电源连接。6.如权利要求5所述的一种核电站用单通道声发射信号采集装置，其特征是：所述幻象电源模块(4.1)通过所述信号传输通路(3.7)为所述声发射信号放大器(3.2)提供幻象激励电源；
所述高通电路模块(4.2)和所述低通电路模块(4.3)用于对放大后的所述声发射信号进行过滤，滤除通频带之外的杂散信号；所述通频带是指高通频率和低通频率之间的频带；所述差分驱动电路模块(4.4)用于将过滤后的所述声发射信号变化为AD转换所需要的全差分信号；所述ADC芯片(4.5)用于AD转换，将所述差分驱动电路模块(4.4)转化的所述全差分信号转化为数字信号；所述ADC芯片(4.5)的采样精度为24位，2.5Msps通道采样率；所述FPGA+ARM一体化集成电路(4.6)还用于接收所述同步信号BNC接入口(2.4)传送的同步信号，进而实现同步不同的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，陈卫军，魏华彤，夏增辉，王欢，
申请(专利权)人：长沙鹏翔电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：