高速信號(hào)采集系統(tǒng)在超聲回波測(cè)量中的應(yīng)用

1 用戶的問(wèn)題

某超聲水浸系統(tǒng)生產(chǎn)商將商用傳感器安裝在待測(cè)物體的前面，驅(qū)動(dòng)電路激發(fā)傳感器，發(fā)出一串超聲能，同時(shí)傳感器探測(cè)待測(cè)物體所反射的回波，與客戶提供的延遲選通產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)同步。相應(yīng)超聲波回波將在50μs內(nèi)結(jié)束。

當(dāng)采用中心頻率為1OOMHz的超聲波傳感器時(shí)，采樣反射信號(hào)的采樣率必須是500MS／s。在連續(xù)超聲波記錄采集之間，機(jī)器人定位手臂將傳感器移動(dòng)1mm。希望傳感器能以250mm／s的平均速度移動(dòng)，并且能夠在C語(yǔ)言應(yīng)用軟件基礎(chǔ)上編寫(xiě)自己的DOS程序。

2 解決方案

用戶的問(wèn)題可以用GaGe公司的CompuScope8500型8-bit、500MS／s的模／數(shù)轉(zhuǎn)換卡來(lái)解決。板上存儲(chǔ)深度：2 M，最大記錄間隔：50lxs，采樣率：500MSis，可得出最大記錄長(zhǎng)度為25K，如下所示：

最大記錄長(zhǎng)度=50μs x500MS／s=25000(μs)

(Msamples)／s=25000samples=25kilosamples

(1μxlM=1υ-6xlO6=1)

這個(gè)25 K的最大可能記錄長(zhǎng)度低于CompuScope 8500型板卡的最低有效存儲(chǔ)深度(128K)。

接下來(lái)，我們必須考慮所需脈沖重復(fù)頻率(PRF)。當(dāng)用戶想以1 mm的間距移動(dòng)并將其平均速度保留在250 mm／s時(shí)，CompuScope 8500必須將PRF保持在至少250 Hz，如下所示：

PRF最小值=(250 mm／s)／(1mm)=(250)(1／s) =250 Hz

為確定CompuScope 8500型板卡可獲得的最大脈沖重復(fù)頻率PRF，首先必須計(jì)算可能的最小脈沖重復(fù)間隔(PRI)。PRI的值等于采集時(shí)間、PCI總線傳輸時(shí)間和CompuScope 8500的re―arm時(shí)間的總和。

●總采集時(shí)間是50μs，如下所示：

采集時(shí)間=最大記錄長(zhǎng)度／采樣率

=25kS／500MS／s=50μs

●PCI傳輸時(shí)間是250μs，如下所示：CompuScope 8500是一個(gè)8-bit卡，所以一個(gè)數(shù)據(jù)采樣占一個(gè)字節(jié)內(nèi)存。那么，PCI最大傳輸速率為1OOMB／s或100MS／s， PCI傳輸時(shí)間=最大記錄長(zhǎng)度／PCI傳輸速率

=25 kS / 100 MS／s=250μs

●CompuScope 8500的re-arm時(shí)間約為30μs。

現(xiàn)在可以計(jì)算出CompuScope 8500可用的最小PRI：

PRI最小值=采集時(shí)間+PCI傳輸時(shí)間+re-arm時(shí)間=50μs+250μs+30μs=330μs

PRF最大值=1／330μs≈3kHz

GaGe公司的CompuScope 8500板卡的3kHzPRF容易滿足用戶所需的250 Hz PRF的要求，而且預(yù)留給應(yīng)用程序控制電機(jī)定位的時(shí)間超過(guò)90％。

用戶將在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上編寫(xiě)DOS程序。該程序?qū)⒃O(shè)置測(cè)試測(cè)物掃描，控制電機(jī)定位，然后通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)用C驅(qū)動(dòng)子程序發(fā)來(lái)采集和下載超聲波傳感器位移之間所需的記錄。由于正在推進(jìn)PCI的速度限制，所以建議將CompuScope 8500安裝在性能可靠、經(jīng)過(guò)測(cè)試的GaGe工業(yè)級(jí)電腦中。