基于符合法的抗强辐射振动传感装置

摘要

本发明公开了一种基于符合法的抗强辐射振动传感装置，其包括振动台(1)、振动变送器(2)、信号预处理器(3)和符合法信号处理装置(4)：两个以上振动变送器(2)均安装在振动台(1)上；信号预处理器(3)为多通道可增益放大器，每个振动变送器(2)分别通过抗辐射屏蔽电缆(21)与信号预处理器(3)的一路噪声处理通道相连接；信号预处理器(3)通过电缆(31)、采集卡(32)与符合法信号处理装置(4)相连接；符合法信号处理装置(4)包括数字处理装置和符合法信号还原模块，符合法信号还原模块可进行符合法信号还原操作。其可以适应有强烈核辐射环境下的振动传感，以提高强辐射环境振动信号采集的精确性。

说明书

技术领域

本发明涉及振动测试装置，特别是一种基于符合法的抗强辐射振动传感装置。

背景技术

中国专利CN100437050C本发明公开了一种分布式光纤振动传感器，其由信号处理电路、传感光缆、超窄线宽激光器、两个探测器、三个消偏器、四个耦合器、四个波分复用器、超辐射发光二极管、起偏器和相位调制器组成；其中构成的萨格奈克干涉仪和马赫－泽德干涉仪，通过第一波分复用器与第三波分复用器共用第一敏感光纤LB，第二波分复用器与第四波分复用器共用第二敏感光纤LC形成了混合干涉仪，其传感器采用萨格奈克/马赫－泽德混合干涉仪光路进行振动传感，并且采用幅度对比进行振动定位；其采用消偏技术，在光源出射端和光纤环中加入洛埃特消偏器，稳定了萨格奈克干涉仪光路中的干涉输出，提高了传感器输出信息的检测精度。但其只适应于普通环境下的振动源的检测传感，当在强辐射环境条件下，其检测精度很低，达不到传感效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于符合法的抗强辐射振动传感装置，其可以适应有强烈核辐射环境下的振动传感，以提高强辐射环境振动信号采集的精确性。

本发明的技术方案是：一种基于符合法的抗强辐射振动传感装置，其包括振动台、振动变送器、信号预处理器和符合法信号处理装置；振动变送器为两个以上(包括两个的情形)，振动变送器为可以把振动转变成电信号的装置；两个以上(包括两个的情形)振动变送器均安装在振动台上，振动台可以使振动源产生的振动同步传递给各变送器，以使得各振动变送器采集到振动源的振动信号保持一致；信号预处理器为多通道可增益放大器，即信号预处理器具有多路噪声处理通道，其通道数大于或等于振动变送器的个数，每个振动变送器分别通过抗辐射屏蔽电缆与信号预处理器的一路噪声处理通道相连接，抗辐射屏蔽电缆具有较好的抗辐射性能，并且能够屏蔽掉外界电磁干扰所引入的噪声；信号预处理器通过电缆、采集卡与符合法信号处理装置相连接，采集卡可实现信号的A/D转换；符合法信号处理装置包括数字处理装置和符合法信号还原模块，数字处理装置能进行数字信号处理，符合法信号还原模块置于数字处理装置中，符合法信号还原模块可进行符合法信号还原操作，即符合法信号还原模块可对两路以上的振动信号通过组合方式得到多对振动信号，并分别对每对振动信号进行相关性建模，以剔除辐射干扰信号，还原出一条干扰前的振动信号，再将所有这些还原出的振动信号进行综合处理，得到很更精确的辐射干扰前的振动信号。

本发明进一步的技术方案是：所述的符合法信号还原模块包括信号组合模块、相关法噪音剔除模块和信号综合模块；信号组合模块可对两路以上的振动信号通过组合方式得到多对振动信号；相关法噪音剔除模块可以分别对信号组合模块所得到的每对振动信号进行相关性建模，运算后可得到干扰前的振动信号，即可剔除辐射干扰信号，还原出扰前的振动信号；信号综合模块可以将经过相关法噪音剔除模块处理后得到的各组干扰前的振动信号进行取平均，得到更精确的振动信号。

本发明更进一步的技术方案是：所述的振动变送器为两个或三个，振动变送器为可以将振幅物理信号转换成直流电流信号的装置；振动变送器具有耐辐射性能。

本发明再进一步的技术方案是：所述的信号预处理器的每路噪声处理通道的电路为双运放构成的两级电压放大电路，其运放模块为NE5532。

本发明还进一步的技术方案是：所述的采集卡32为NI PCI-6280模块。

本发明进一步的技术方案是：所述的数字处理装置为能进行数字信号处理的计算机。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1．强辐射环境下振动变送器受到由辐射所引入的噪声是随机分布的，同一时刻不同振动变送器由于辐射所引入的噪声相同的概率很小，本发明通过信息符合的方式处理振动变送器采集到的信号对，基于相关算法对每对振动信号进行符合处理，消除或减弱振动变送器和信号传输电缆在强辐射环境下引入的噪声，输出有效的振动信号，提高强辐射环境振动信号采集的精确性； 

2.采用多路振动信号组合得到多对振动信号，构建强辐射环境下多振动传感信息符合框架，有效地降低强辐射对振动变送器的影响，可以使振动信号还原得更加准确；本发明对处于强辐照环境下的核设施状态监测技术的发展具有开创性的积极作用，为一全新的监测模式。

为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的信号预处理器的电路原理图； 

图3为本发明的工作原理流程图；

图4为本发明更详细的工作原理流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1-4所示，一种基于符合法的抗强辐射振动传感装置，其包括振动台1、振动变送器2、信号预处理器3和符合法信号处理装置4；振动台1安装在振动源6上；振动变送器2为三个（可以为两个或两个以上），振动变送器2为可以把振动转变成电信号的装置（主要为可以将振幅物理信号转换成直流电流信号的装置），振动变送器2输出电流为4～20mA，供电电压为18～30V，灵敏度为100μA/ms^-2±2%；振动变送器2应具有耐辐射性能，例如，振动变送器可采用以耐辐照性能强的压电陶瓷为换能形式传感单元，以保证整个传感装置（基于符合法的抗强辐射振动传感装置）的工作寿命；三个振动变送器2均安装在振动台1上，振动台1可以使振动源6产生的振动同步传递给各变送器2，以使得各振动变送器2采集到振动源6的振动信号保持一致。

信号预处理器3为多通道可增益放大器，其包括电源模块和四路噪声处理通道，噪声处理通道数要大于或者等于振动变送器2的个数，以便每个振动变送器2送来的信号可以通过一路噪声处理通道，每路噪声处理通道的电路主要为采用双运放（NE5532模块）构成两级电压放大电路（如图2所示），每个振动变送器2分别通过抗辐射屏蔽电缆21与信号预处理器3的一路噪声处理通道相连接，抗辐射屏蔽电缆21应具有较好的抗辐射性能，并且能够屏蔽掉外界电磁干扰所引入的噪声；电源模块输出±15V直流电压作为运算放大器NE5532电源，输出24V直流电压作为振动变送器2电源；每个振动变送器2连接一路噪声处理通道的CH1+端,公共端接CH1-,24V电源接CH1+提供振动变送器2正常工作所需电压；根据振动变送器2工作情况，有4～20mA直流电流从CH1-流出；通过100Ω（R11）采样电阻将4～20mA电流转换成0.4～2V直流电压，实现信号I/V转换；采用双运放NE5532模块构成两级电压放大，将0.4～2V电压信号放大到-10V至10V的交流信号（以便与采集卡32相匹配）；由于振动变送器2存在个体差异，可调电阻RV1提供电压增益的微调，实现各个噪声处理通道信号的一致性。振动变送器2产生的振动电流信号经过信号预处理器3增益放大和去噪音，即每路噪声处理通道可以去除振动信号中由传输线路引入的共模噪声，并对振动电压信号进行放大，使得每路噪声处理通输出的信号的幅值保持一致。

信号预处理器3通过电缆31、采集卡32与符合法信号处理装置4相连接，采集卡32采用NI PCI-6280模块，实现信号的A/D转换，NI PCI-6280模块可提供16位模拟输入精度，最大输入电压范围为-10V至10V；通过采集卡32可以将经过信号预处理器3初步处理的各路振动电压信号转换成振动数字信号后（即A/D转换后）传送给符合法信号处理装置4。

符合法信号处理装置4包括数字处理装置和符合法信号还原模块，数字处理装置包括输入接口、存贮器、处理器和输出接口，数字处理装置可以为一台能进行数字信号处理的普通计算机，符合法信号还原模块置于数字处理装置中，符合法信号还原模块可对振动信号进行符合法信号还原操作，即可以可剔除辐射干扰信号，还原出干扰前的振动信号；如图3、4所示，符合法信号还原模块包括信号组合模块、相关法噪音剔除模块和信号综合模块；信号组合模块可对两路以上的振动信号（数字信号，即含有噪音的振动信号已经是一组数据）通过组合方式得到多对振动信号（例如，三个变送器2送来的振动信号分别为振动信号A、B、C，那么经过组合可以得到三对振动信号AB、BC、AC，即振动信号对AB、BC、AC；当只有两路个变送器2时，就只有振动信号A、B，组合后只有一对振动信号AB，也可以实现本发明的目的，即两路也需要组织，不能说不需要组合，只是组合的特例）；相关法噪音剔除模块可以分别对信号组合模块所得到的每对振动信号进行相关性建模（即建立相关函数，也即相关性分析，通常理解为符合法），运算后可得到干扰前的振动信号，即可剔除辐射干扰信号，还原出扰前的振动信号；信号综合模块可以将经过相关法噪音剔除模块处理后得到的各组干扰前的振动信号进行取平均，得到更精确的振动信号；符合法信号还原模块最低只需要两路振动信号（即两个变送器2就可以了）组成一对振动信号，对一对振动信号进行符合法信号还原操作，采用多路振动信号组合得到多对振动信号，可以使振动信号还原得更加准确。

符合法信号还原模块的基本工作原理是：因为辐射源7所产生的γ等粒子在空间分布具有一定的随机性，使不同变送器2受到辐射所引入的噪声（即辐射干扰）互不相关，多路变送器2对同一振动信号进行采集，符合法信号还原模块分别对每两路信号进行相关性建模，就可以剔除辐射干扰信号，还原出一条辐射干扰前的振动信号；再将所有的还原出的辐射干扰前的振动信号进行综合处理（取平均值），得到很更精确的辐射干扰前的振动信号。

相关法噪音剔除模块的结构原理及具体算法如下：

采用互相关函数表示两个不同的随机信号                                                和（即信号组合模块所得到的一对振动信号、，例如前面所述的振动信号对AB）在不同时刻和取值的相关程度定义为：

其中表示数学期望算子,若和完全不相关，则为零；对于平稳的随机信号，其统计特征量与时间起点无关；令，，则，简记为，即：

用时间平均来表示统计平均，互相关函数也可表示为：

在实际应用中，积分时间T不可能无限大，常常是在有限的积分时间T内计算相关函数的估计值，即

式中，表示和的互相关函数的估计值；因为积分时间有限，所以估计值结果会有偏差，但只要积分时间足够长，这种偏差就可以控制在可以允许的范围内；

本具体实施方案中待处理的振动信号为数字信号，进行相关处理时采用相关分析的离散运算式，其计算式为：

如图4所示，设图中信号源（即振动源6产生的原始振动信号）为，第一个变送器输出信号为，由于辐射引入了辐射干扰信号；第二个变送器2输出信号为，由于辐射引入了辐射干扰信号，即：

对从第一个变送器的输出信号与第二个变送器2的传来的振动信号进行相关性分析，得：

由于随机噪声（即辐射干扰信号）、与信号源两两互不相关，则上式后三项为零，即：

这样就把噪声（即辐射干扰信号）从振动信号中剔除出去了，可以根据各种值的判断信号源的特征，即符合法信号还原模块可将受辐射干扰的振动信号进行还原。

本发明的使用方法及基本工作原理： 

混凝土墙8所围成的空间为强辐射环境，振动源6位于混凝土墙8所围成的强辐射空间中；使用时，将振动台1安置在振动源6的表面上，使得各路振动变送器2采集到振动源6的信号保持一致；抗辐射屏蔽电缆21通过混凝土墙8中的迷道（附图中未示出）将信号引出至处于正常环境下的信号预处理器3，图3、4所示，由于辐射源7产生辐射，引入了干扰（即辐射干扰，如图3、4所示），使得从各振动变送器2送入信号预处理器3中的各路振动信号已经叠加了辐射干扰；信号预处理器3通过电缆31将信号输入符合法信号处理装置4，符合法信号处理装置4分别对每两路信号进行信号相关性建模，以剔除辐射干扰信号，还原出辐射干扰前的振动信号。

本发明不局限于上述的具体结构及工作过程，只要采用与本发明基本相同的结构、使用与本发明基本相同的工作原理、达到与本发明基本相同的效果的抗强辐射振动传感装置就落在发明的保护范围之内。