多頻噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)

1、多頻噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)參賽者：袁澤濱、王星熠、楊周強(qiáng)、翁晟皓（中國(guó)計(jì)量大學(xué)理學(xué)院，杭州310018）摘要:多頻噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)在城市發(fā)展環(huán)境檢測(cè)中起著至關(guān)重要的作用，其實(shí)質(zhì)是運(yùn)用通信技術(shù)和手段，感測(cè)、分析并整合一個(gè)環(huán)境中的各種聲音和電離輻射有關(guān)的信息。對(duì)于聲音，利用傳感器收集周邊聲信號(hào)，通過信號(hào)分析模塊分析信號(hào).再通過數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算分貝、頻率大小，通過收發(fā)傳至接受設(shè)備，從而使人接收到所需要的信息；對(duì)于電離輻射，通過蓋革-彌勒管激發(fā)電信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換就可直接在屏幕上顯示數(shù)字。進(jìn)而推進(jìn)城市環(huán)境管理和健康運(yùn)行，有利于創(chuàng)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，有利于促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。關(guān)

2、鍵字:多頻信號(hào)分析；電離輻射檢測(cè)；傳感器；信號(hào)處理；數(shù)據(jù)處理1研究背景1.1高低多頻信號(hào)：在當(dāng)代社會(huì)，聲音是人們生活、學(xué)習(xí)與工作中一種常見的物理現(xiàn)象，生活中不可避免的各種多頻聲音（也稱之為噪音）對(duì)人具有極大的危害。低頻噪音不容易衰減，不易被水和空氣吸收，波長(zhǎng)往往很長(zhǎng)，因此能繞開某些大型障礙物發(fā)生衍射。某些次聲波能繞地球2至3周。在低頻噪音中某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動(dòng)頻率相近甚至相同，容易和人體器官產(chǎn)生共振，對(duì)人體有很強(qiáng)的傷害性，危險(xiǎn)時(shí)可致人死亡。低頻噪音會(huì)干擾人的神經(jīng)系統(tǒng)正常功能，危害人體健康。一定強(qiáng)度的低頻噪音，能使人頭暈、惡心、嘔吐、喪失平衡感甚至精神沮喪。研究認(rèn)為，暈車、暈船的

3、原因之一就是車、船在運(yùn)行時(shí)伴生的低頻噪音引起的。住在十幾層高的樓房里的人，遇到大風(fēng)天氣，往往感到頭暈、惡心，這也是因?yàn)榇箫L(fēng)使高樓搖晃產(chǎn)生低頻噪音的緣故。更強(qiáng)的低頻噪音還能使人耳聾、昏迷、精神失常甚至死亡。 高頻噪音雖然衰減的快但能量大，在近距離的情況下能直接對(duì)耳蝸造成不可挽救的損傷。拋開頻率不講，長(zhǎng)期處于高分貝噪音環(huán)境下會(huì)損傷人們的語言聽力且易激動(dòng)、睡眠失調(diào)、頭暈、記憶力減退、內(nèi)分泌紊亂等。從物理學(xué)角度來講，噪音主要是由于振幅和沒有規(guī)律的頻率所產(chǎn)生的，根據(jù)大家的日常生活來講，只要是影響到人們生活的聲音都屬于噪音，根據(jù)頻率的范圍來說，低頻噪音一般都 小于400Hz，中頻噪音一般都在4001000

4、0Hz的范圍內(nèi)，高頻噪音一般都在10000Hz以上。如今，噪聲污染已經(jīng)成為主要危害污染之一，精準(zhǔn)掌握噪音的量值，及時(shí)反映噪聲污染程度與范圍，對(duì)管理和治理噪音、防止和利用噪音有極大的便利，因此噪音檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅在噪音研究領(lǐng)域有重要的地位，還可以廣泛用于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。所以，針?duì)此類問題，設(shè)計(jì)一種能夠測(cè)定一個(gè)地區(qū)噪聲強(qiáng)度，反映噪音大小與頻率的裝置，幫助人們更好的管理和治理噪音，該裝置包括三大部分：監(jiān)測(cè)部分，中央控制系統(tǒng)和發(fā)射端。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)噪音并傳輸信號(hào)。中央控制系統(tǒng)用于接收信號(hào)后的信息處理，得出噪音的分貝大小高低頻率占比和污染等級(jí)。發(fā)射端用于傳出信號(hào)到用戶手機(jī)客戶端，實(shí)時(shí)通訊給用

5、戶。近年來，在一些能夠給人們提供極大便利或是完善甚至是解決生活中的不便的實(shí)用類裝置一直備受矚目，而它們的改善與制造絕大部分來源于生活，通過細(xì)致的觀察與思考，發(fā)現(xiàn)并改善它的不足，并運(yùn)用已有并且易獲得的資源來將它的不足最小化和將它的優(yōu)勢(shì)最大化一直是人們追求的目標(biāo)，而噪音的監(jiān)測(cè)與處理也一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題，噪聲檢測(cè)裝置有以下優(yōu)勢(shì)：1. 用戶接受程度高，生產(chǎn)材料普遍易得，用生產(chǎn)成本低。2. 能較為精確的測(cè)定一個(gè)地區(qū)的噪聲分貝和頻譜，可以方便人們獲知具體量值并方便了其治理，有助于決定處理噪聲污染的方式。3. 此類裝置還最大程度的節(jié)省了人力，只要在某地區(qū)裝上該裝置，就無需人到達(dá)此地即可知曉此地噪聲大小

6、。4. 國(guó)家尚未對(duì)噪音進(jìn)行高低頻劃分，從人被影響的角度上講，分貝即使在合理范圍內(nèi)頻率過低/高的聲音信號(hào)同樣會(huì)對(duì)人產(chǎn)生不良影響。1.2電離輻射：在2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，電離輻射（所有類型）在一類致癌物清單中。據(jù)目前所知，電離輻射是一種帶電粒子流，由于帶電，它所到之處很容易引起電離，根據(jù)能量和穿透性等特性可進(jìn)行以下劃分:射線有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)，這種性質(zhì)既可利用。也帶來一定破壞處，對(duì)人體內(nèi)組織破壞能力較大。由于其質(zhì)量較大，穿透能力差，在空氣中的射程只有幾厘米，只要一張紙或健康的皮膚就能擋住。射線也是一種高速帶電粒子，其電離本領(lǐng)比射線小得多，但

7、穿透本領(lǐng)比射線大，但與X、射線比射線的射程短，很容易被鋁箔、有機(jī)玻璃等材料吸收。X射線和射線的性質(zhì)大致相同，是不帶電波長(zhǎng)短的電磁波，因此把他們統(tǒng)稱為光子。兩者的穿透力極強(qiáng)，要特別注意對(duì)意外照射的防護(hù)。電離輻射的來源分為天然電離輻射和人工電離輻射。 天然電離輻射是人們一般很難躲避自然界的輻射源,如宇宙射線、陸地輻射、食入或吸入的長(zhǎng)壽命放射性核素和氡同位素。我們不可避免地會(huì)食入或吸入放射性核素,因?yàn)槿粘Ｉ钪械娘嬘盟?、菜肴和空氣中的塵埃中都含有一定量的放射性核素。在某些食物中的放射性核素中,鉀40 的放射性最強(qiáng),若大量食用這些物質(zhì),所受的輻射量將大大超過平均值。比如每周吃80 克貽貝,就會(huì)增加50

8、 %的食物輻射量。氡同位素來源于土壤、巖石,建材中的鐳逸入空氣中,會(huì)被我們吸入肺內(nèi)造成輻射。室外的氡會(huì)飄散開來,但室內(nèi)的氡濃度只會(huì)疊加。研究發(fā)現(xiàn),室內(nèi)的氡含量與肺癌密切關(guān)系。幸運(yùn)的是,氡很容易被排除掉,只要打開排氣扇,就可以將室內(nèi)的氡吹走。人工電離輻射是人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生的,人工輻射源包括X 射線裝置、電子加速器和核反應(yīng)堆等。人工輻射源的運(yùn)行,人工放射性核素的生產(chǎn)和使用均引起人工電離輻射。但它們與天然輻射源比較,對(duì)人體的危害性相對(duì)較低。如今我國(guó)城市化進(jìn)展迅速，電離輻射污染這種新型污染由于看不見摸不著聽不到的原因一直得不到重視而生活中因電離輻射引發(fā)的慘案時(shí)有報(bào)道。電離輻射對(duì)于民眾來講非常陌生通常

9、在生活中以核輻射為民眾所知，而所謂的手機(jī)、電腦等輻射都是電磁輻射，這兩者有著本質(zhì)區(qū)別。電離輻射簡(jiǎn)單來講就是指能引起被作用物質(zhì)發(fā)生電離的射線或波，電離輻射能從原子層面破壞有機(jī)體，其損害健康的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁輻射。2009年輻射統(tǒng)計(jì)圖電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：(1)一個(gè)新興且陌生的且對(duì)城市環(huán)境影響很大的量值，容易引起關(guān)注。(2)系統(tǒng)的感知能力完全取決于傳感器，可以根據(jù)用戶要求方便且隨意更換低/高靈敏度傳感器，提供的電離輻射值能更好為人們提供健康的生活環(huán)境。(3)系統(tǒng)擁有可設(shè)定閾值的蜂鳴器報(bào)警裝置，第一時(shí)間將危險(xiǎn)劑量輻射反饋到人。2科普宣傳相比較于多頻聲音信號(hào)，電離輻射部分顯然有著較為高的科普宣傳價(jià)值

10、。自從日本核事故后，人們一直是對(duì)輻射抱有恐懼心態(tài)。因無知而產(chǎn)生的恐懼就會(huì)滋生謠言，幾年前一則“吃鹽能抵御核輻射”的謠言甚至引發(fā)了民眾對(duì)鹽的哄搶。實(shí)質(zhì)上我們知道，鹽就NaCl而言并不具有抵御核輻射的能力而是加碘鹽中的穩(wěn)定碘I進(jìn)入人體后能抵御甲狀腺對(duì)于碘131（核電站污染物之一）的吸收。所以，吃那么多鹽不如吃一粒小碘片。對(duì)于輻射概念籠統(tǒng)來講，民眾更多知道的是電磁輻射（比如手機(jī)有輻射，電腦輻射等說法），兩者是截然不同的但兩者卻是生活中常常能遇見的。就香煙為例，香煙也是存在微量電離輻射的。其主要污染物為釙210,極微量存在于煙草中，點(diǎn)燃香煙后會(huì)液化附著在煙霧微小顆粒上被吸入人體從而會(huì)在人肺中富集，根據(jù)

11、我小組統(tǒng)計(jì)的500組數(shù)據(jù)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，一天一包煙一年內(nèi) 肺內(nèi)富集的電離輻射輻射量可達(dá)到10-50musv（煙品質(zhì)，吸煙地域通風(fēng)情況都會(huì)產(chǎn)生影響），國(guó)家規(guī)定成年人一年內(nèi)人可承受（即對(duì)大部分人群大概率不會(huì)造成危害）的電離輻射量為1msv。如若我們制作相關(guān)的科普手冊(cè)，推廣該裝置同時(shí)宣傳該方面的相關(guān)知識(shí)，對(duì)大眾來講一定情況下能消除不必要的顧慮，同時(shí)符合科教興國(guó)國(guó)策營(yíng)造科技強(qiáng)國(guó)氛圍，推進(jìn)大眾對(duì)于近現(xiàn)代科技領(lǐng)域的了解。3城市噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理3.1噪聲的物理原理 1.頻率：指1s內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，f，單位（Hz）。在聲頻范圍內(nèi)，聲波的頻率越高，聲音顯得越尖銳，反之顯得越沉悶。人耳可聽頻

12、率范圍2020000赫茲，一般稱為音頻。低于20赫茲的為次聲波，高于20000赫茲的為超聲波。通常，頻率f低于300Hz的聲音稱為低頻聲；頻率f在3001000Hz的聲音稱為中頻聲；頻率f高于1000Hz的聲音稱為高頻聲2.聲壓：是介質(zhì)受到擾動(dòng)后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)P的微小增量。在聲波的傳播過程中，媒質(zhì)中各處由于壓縮或膨脹運(yùn)動(dòng)存在著稠密和稀疏的交替變化，因而各處的壓強(qiáng)也相應(yīng)變化。設(shè)：沒有聲波作用時(shí)，媒質(zhì)中的壓強(qiáng)為P0，稱為靜態(tài)壓強(qiáng)。當(dāng)有聲波傳播時(shí)，媒質(zhì)中某處的壓強(qiáng)為P，則：壓強(qiáng)的改變量（P-P0）稱為聲壓，即聲壓p為：p=P=P-P0,單位：N/.媒質(zhì)中任一點(diǎn)的聲壓都是隨時(shí)間變化的，每一時(shí)刻的聲壓稱為

13、瞬時(shí)聲壓，某段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)聲壓的均方根值稱為有效聲壓，即。對(duì)于簡(jiǎn)諧聲波，有效聲壓等于瞬時(shí)聲壓的最大值除以，即關(guān)系。3.2電離輻射的物理原理G-M計(jì)數(shù)管工作原理：蓋革-彌勒（G-M）計(jì)數(shù)管是在一密封的玻璃管內(nèi)，中心張緊一根鎢絲作為陽極，緊貼玻璃管(或金屬)的內(nèi)表面裝一金屬圓筒作為陰極。管內(nèi)充以約10cm汞柱氣壓的惰性氣體，如氬氣或氖氣。G-M管工作時(shí)，陽極上的直流高壓由高壓電源供給，于是在計(jì)數(shù)管內(nèi)形成一個(gè)柱狀對(duì)稱電場(chǎng)帶電粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)管，與管內(nèi)氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子電離即初電離（粒子不能直接使氣體分子電離，但它在陰極上打出的光電子可使氣體分子發(fā)生電離）初電離產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)的加速下向陽極運(yùn)動(dòng)，

14、同時(shí)獲得能量，當(dāng)能量增加到一定值時(shí)，又可使氣體分子電離產(chǎn)生新的離子對(duì)，這些新離子對(duì)中的電子又在電場(chǎng)中被加速再次發(fā)生電離碰撞而產(chǎn)生更多的離子對(duì)由于陽極附近很小區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)最強(qiáng)，則此區(qū)間內(nèi)發(fā)生電離碰撞幾率最大，從而倍增出大量的電子和正離子，這個(gè)現(xiàn)象稱為雪崩雪崩產(chǎn)生的大量電子很快被陽極收集，而正離子由于質(zhì)量大、運(yùn)動(dòng)速度慢，便在陽極周圍形成一層“正離子鞘”，陽極附近的電場(chǎng)隨著正離子鞘的形成而逐漸減弱，使雪崩放電停止此后，正離子鞘在電場(chǎng)作用下慢慢移向陰極，由于途中電場(chǎng)越來越弱，只能與低電離電位的猝滅氣體交換電荷，之后被中和，使正離子在陰極上打不出電子，從而避免了再次雪崩而且在雪崩過程中，由受激原子的退激和

15、正負(fù)離子的復(fù)合而發(fā)射的紫外光光子也被多原子的猝滅氣體所吸收這樣，一個(gè)粒子入射就只能引起一次雪崩 計(jì)數(shù)管可看成是一個(gè)電容器，雪崩放電前加有高壓因而在兩極上有一定量的電荷存在，放電后電子中和了陽極上一部分電荷，使陽極電位降低，隨著正離子向陰極運(yùn)動(dòng)，高壓電源便通過電阻R向計(jì)數(shù)管充電，使陽極電位恢復(fù)，在陽極上就得到一個(gè)負(fù)的電壓脈沖因此，一次雪崩放電就得到一個(gè)脈沖，即一個(gè)入射粒子入射只形成一個(gè)脈沖，脈沖幅度的大小由高壓電源電壓和電阻R決定，與入射粒子的能量和帶電量無關(guān)計(jì)量單位的換算活度居里(Ci)貝克勒爾(Bq) 1Ci=3.7E+10 Bq；照射量倫琴(R) 庫侖/千克(C/kg) 1R=2.5810

16、-4 C/kg；吸收劑量拉德(rad) 戈瑞(Gy) 1Gy=100 rad；劑量當(dāng)量雷姆(rem) 希沃特(Sv) 1Sv=100 rem。本系統(tǒng)采用西弗（sv）作為單位。1sv代表1kg人體組織吸收1J的放射能量。3.3城市噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)工作流程圖1 城市噪音與電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)工作流程圖3.4電離輻射系統(tǒng)工作原理根據(jù)電離輻射的特性，采用蓋革-彌勒管作為直接接觸傳感器，傳感器感受到帶電粒子通過時(shí)管內(nèi)氣體放電，電信號(hào)接入子系統(tǒng)后分3塊芯片分別處理：1.將原始模擬信號(hào)ad轉(zhuǎn)化為設(shè)定值cpm（每分鐘的劑量值）和usv（微西弗）并近無損放大分流到兩個(gè)不同芯片2.將此電信號(hào)數(shù)字化輸出3.判斷是

17、否超出閾值（預(yù)設(shè)cpm500）且做出是否有帶點(diǎn)粒子通過傳感器的響應(yīng)（led燈閃一下并發(fā)出“噠一聲”）最后在屏幕上輸出可視化數(shù)字3.5頻譜繪制原理在物理中可知，聲音是有物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲波，通過介質(zhì)（固液氣）傳播且具有能量能被生物感官或者聲學(xué)探測(cè)器感知。對(duì)于不同介質(zhì)，聲音傳播速度（v）是不一樣的，但是頻率（f）始終是振動(dòng)源頻率所以由此可知振動(dòng)頻率經(jīng)過傳播并不會(huì)改變；不同材料所具有的振動(dòng)頻率也不相同，材料的密度成分結(jié)構(gòu)力學(xué)特性等都對(duì)振動(dòng)頻率有很大影響；綜述結(jié)合原理，可得不同材料發(fā)聲的振動(dòng)頻率不同且經(jīng)過介質(zhì)傳播后振動(dòng)頻率并不會(huì)改變。頻譜: 聲音的頻率不同，給人耳的感覺是音調(diào)高低的不同。聲樂有女高音，男

18、低音:噪聲有尖 調(diào)的電鋸聲，也有低沉悶響的空調(diào)機(jī)噪聲。聲音的頻譜:是用來描述聲音的頻率特性的。頻譜圖以頻率或頻帶為橫坐標(biāo)，以聲壓級(jí)為縱坐標(biāo)，描述聲音變化規(guī)律，組成復(fù)音強(qiáng)度與 頻率關(guān)系的圖譜，叫頻譜圖。我們通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)頻譜的轉(zhuǎn)換。我們基于快速傅里葉變換來求取頻譜，快速傅里葉變換計(jì)算離散傅里葉變換的一種快速算法，簡(jiǎn)稱FFT；快速傅里葉變換是1965年由J.W庫利和T.W.圖基提出的，fft能使計(jì)算機(jī)計(jì)算離散傅里葉變換所需的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點(diǎn)數(shù)N越多，fft算法計(jì)算量的節(jié)省就越顯著。基2時(shí)分蝶式算法是fft中較為普遍的實(shí)現(xiàn)算法。對(duì)于基2算法而言，是把序列每次一分為二，最后分割

19、成兩點(diǎn)DFT，也可以采用別的分割法，每次一分為三，四，五等，就得到了基3，基4，基5等算法 。此為一段高低頻混合噪音的頻譜分析圖，可見其分貝并不高(黃色為均值紅色為峰值)，但聽到后感覺非常難受（如果能聽到的話）。3.6 FM通訊原理這一部分主要涉及以下幾個(gè)概念：聲波，電磁波，載波。聲波：人耳可以聽見的聲音叫聲波，人耳可以聽見的聲波的頻率范圍在20Hz-20,000Hz。聲波在空氣中傳播衰減很大，傳輸?shù)木嚯x很近。無線電波：無線電波的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人耳可聽見的頻率范圍，傳播的介質(zhì)是電磁場(chǎng)。傳輸距離遠(yuǎn)。載波：人們?yōu)榱耸孤曇魝鞯母h(yuǎn)，就讓聲波信號(hào)搭上了無線電波信號(hào)這班“快車”，在專業(yè)術(shù)語中我們把這個(gè)“快

20、車”稱為載波，那么又有一個(gè)問題需要我們考慮，我們是如果搭這班“快車”的呢，通常有兩種方式可以采用，一個(gè)是調(diào)幅（AM），另一個(gè)就是調(diào)頻（FM）。廣播一般都是由各個(gè)電臺(tái)負(fù)責(zé)發(fā)出的，我們用自己的收音機(jī)接收電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換通過喇叭輸出聲音。下面就分別說一下發(fā)送和接收：發(fā)送：廣播員負(fù)責(zé)產(chǎn)生聲波（講話改變空氣中的壓力（密度）產(chǎn)生），經(jīng)過電聲器件轉(zhuǎn)換成聲頻電信號(hào)，并由聲頻放大器放大，振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號(hào)。調(diào)制器使高頻等幅振蕩信號(hào)被聲頻信號(hào)所調(diào)制，已調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)經(jīng)放大后送入發(fā)射天線，轉(zhuǎn)換成無線電波輻射出去。接收：無線廣播的接收是由收音機(jī)實(shí)現(xiàn)的，收音機(jī)的接收天線收到空中的電波，調(diào)諧電路選中所

21、需頻率的信號(hào)，檢波器鈄高頻信號(hào)還原成聲頻信號(hào)（即解調(diào)），解調(diào)后得到的聲頻信號(hào)再經(jīng)過放大獲得足夠的推動(dòng)功率，最后經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換還原出廣播內(nèi)容。3.7系統(tǒng)概要(1)噪聲傳感器的小型化依據(jù)傳統(tǒng)噪聲檢測(cè)器的傳感器電路進(jìn)行小型化改進(jìn)，保留噪聲檢測(cè)數(shù)據(jù)收發(fā)功能，降低成本。(2)噪聲信號(hào)放大處理模塊(3)電離輻射檢測(cè)系統(tǒng)僅需接上傳感器即可工作，成本可大可小測(cè)量精度能隨環(huán)境需求而改變(4)數(shù)據(jù)處理器的設(shè)計(jì)與制作+信號(hào)處理采用合適材料設(shè)計(jì)一個(gè)大小合適的數(shù)據(jù)處理器箱體，且預(yù)留傳感器備倉(cāng)，電源接口和usb接口；信號(hào)處理方面采用單片機(jī)，輸入輸出設(shè)備和led顯示屏實(shí)現(xiàn)。(5)電源：采用鋰電池電源或堿性電池電源。 3.8技

22、術(shù)分析項(xiàng)目主要是設(shè)計(jì)并制作一套檢測(cè)環(huán)境噪聲與電離輻射的系統(tǒng)。預(yù)想是在一個(gè)特定的場(chǎng)合，將檢測(cè)噪聲的儀器安定好，實(shí)時(shí)檢測(cè)噪聲與電離輻射的數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過led屏實(shí)時(shí)顯示出來。系統(tǒng)內(nèi)部主要由傳感器、音頻放大器、小型功率放大器、交直流轉(zhuǎn)換、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、3個(gè)不同功能芯片（sn74act4n，atmega328p-u，93m-dn1819-64）。當(dāng)噪音信號(hào)被采集后，信號(hào)經(jīng)過音頻放大器被放大，然后半波整流、濾波，將信號(hào)變?yōu)橹绷髅}沖動(dòng)壓信號(hào)，經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)化器后輸出頻率信號(hào)變?yōu)門TL電平送給單片機(jī)。電離輻射的采集基于蓋革管內(nèi)的氣體放電產(chǎn)生電信號(hào)，接入子系統(tǒng)后直接A/D轉(zhuǎn)化為usv的量綱數(shù)

23、值(1) 聲音信號(hào)采集單元。聲音信號(hào)的采集使用傳聲器, 它的作用是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。當(dāng)有聲音產(chǎn)生時(shí), 振動(dòng)膜振動(dòng)經(jīng)過變換器, 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化。在本系統(tǒng)中, 聲音產(chǎn)生引起空氣壓力變化從而振動(dòng)膜振動(dòng)(2) 聲音信號(hào)放大單元。電路設(shè)計(jì)過程中, 使用OP07, 它有很多優(yōu)點(diǎn), 工作電壓范圍較寬、有較少的外接元件、可調(diào)整電壓增益、有較小的諧波失真。在生活中, 室內(nèi)對(duì)講機(jī)、小型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、錄音機(jī)和收音機(jī)的音頻放大等(3) 電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路（fft變換電路）。系統(tǒng)中V/F轉(zhuǎn)換電路是依靠單片機(jī)構(gòu)成的電路/頻率轉(zhuǎn)換電路。其主要通過算法來實(shí)現(xiàn)fft變換，相比于通過dds來掃頻從而得到頻譜圖顯然要在電路上

24、顯得容易和簡(jiǎn)潔一些。(4) ad轉(zhuǎn)換模塊。得到頻率信號(hào)后還需通過它才能在屏上有顯示。其主要依靠PCF8591芯片實(shí)現(xiàn)，其功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I2C總線的最大速率決定。(5) 電離輻射報(bào)警單元。原先在芯片93m上預(yù)設(shè)cpm閾值接收到信號(hào)后判斷輸出，且做出一次放電響應(yīng)即led燈亮且伴有”噠”聲，超出閾值及報(bào)警（led燈一直亮且不間斷“嘀”聲）(6) 電離輻射采集單元。蓋革-彌勒管，帶電粒子射入氣體，在離子增殖過程中，受激原子退激，發(fā)射紫外光子，這些光子射到陰極上產(chǎn)生光電子，光電子向陽極漂移，又引起離子增殖，于是在

25、管中形成自激放電。為了使之能夠計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器中充有有機(jī)氣體或鹵素蒸氣，能吸收光子，起到猝熄作用。(7) 電離輻射顯示單元，主要處理芯片為328p，將接收的信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過換算得到cpm值和usv值直接輸出在屏幕上實(shí)現(xiàn)可視化4 創(chuàng)新特色41噪聲檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本模塊參考海洋浮標(biāo)以錨定在海上的觀測(cè)浮標(biāo)為主體組成的海洋水文水質(zhì)氣象自動(dòng)觀測(cè)站工作方式，將噪聲檢測(cè)裝置改小型化且具有收發(fā)信息功能，能按規(guī)定要求長(zhǎng)期、連續(xù)地為噪聲研究和城市噪聲檢測(cè)收集所需的音頻信息。42電離輻射檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本模塊參考多功能數(shù)控車床以不同需求而更換刀具的工作方式，可根據(jù)需求（成本、精度、量程）僅需更換傳感器即可實(shí)現(xiàn)且該模塊還

26、能用遙控器可根據(jù)需求和傳感器特性自由調(diào)節(jié)測(cè)量的量值增加其適用范圍與靈活性。43多方向信號(hào)接受設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)想通過將噪聲頻譜化，將其實(shí)時(shí)用lcd屏顯示出來，能直觀的反映出一個(gè)空間噪聲的成分。44固定方式的便捷化利用各式各樣路燈等鐵制品，將傳感器裝上磁鐵吸附從而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)檢測(cè)。5 應(yīng)用前景本項(xiàng)目提出的城市噪音電離輻射檢測(cè)裝置對(duì)于環(huán)境噪聲和電離輻射的精確測(cè)量有著重要意義，這不僅能給人們平時(shí)的生活質(zhì)量提供保障，而且在幫助部分需要控制周邊環(huán)境的場(chǎng)所尋求好的工作環(huán)境方面有著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)今這個(gè)呼吁健康環(huán)保的時(shí)代，噪音無疑是常見污染中大敵之一，而對(duì)于電離輻射這個(gè)新興概念群眾的關(guān)注度正日益提高，在某些特殊時(shí)期

27、甚至因其不可直接觀測(cè)性和可怕的危害性而引起恐慌。所以，人們對(duì)于一個(gè)安靜舒適健康環(huán)境的追求就是我們對(duì)城市噪音與電離輻射檢測(cè)的研究的動(dòng)力，這對(duì)美麗和諧城市的建設(shè)有著促進(jìn)意義。5.1國(guó)內(nèi)噪音檢測(cè)儀現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)現(xiàn)目前存在的噪音檢測(cè)裝置，主要以分貝檢測(cè)儀為主，當(dāng)檢測(cè)聲音的大小時(shí)，通過聲音傳感器，產(chǎn)生不同的脈動(dòng)信息，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，換成不同大小的值，最后顯示到顯示屏上面。市面上存在的噪音檢測(cè)儀大多是以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為主要用途，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行噪音檢測(cè)和讀數(shù)，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)和傳遞數(shù)據(jù)，此類噪音檢測(cè)商品很難滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要；另外，目前普通噪音檢測(cè)儀存在檢測(cè)不用統(tǒng)一現(xiàn)象，同一種環(huán)境下，兩種不同的檢測(cè)裝置讀數(shù)存在差異，兩種檢測(cè)裝置只能進(jìn)行橫向比較，但同一裝置不能進(jìn)行縱向比較，檢測(cè)的數(shù)據(jù)存在瞬時(shí)性。此外，對(duì)于市面上的噪音檢測(cè)裝置在檢測(cè)噪音時(shí)有所延遲，在特殊情況下，很難滿足人們的需求。且僅給出數(shù)值不給出噪音的頻譜在追求更健康的城市生活環(huán)