基于凌華PCI-9846高速數(shù)字化儀的復(fù)雜超聲場自動(dòng)檢測與分析

　　根據(jù)超聲輻射場測量和分析的需要，分為測量模塊和分析模塊。測量功能模塊包含有上位機(jī)控制平臺(tái)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理平臺(tái)。在綜合分析平臺(tái)中根據(jù)聲場描述的需要，將采集到的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成聲壓或聲強(qiáng)值，并且將轉(zhuǎn)換的值投影到對(duì)應(yīng)的采集區(qū)域，采用可視化技術(shù)直觀顯示聲場分布的變化規(guī)律。

　　進(jìn)行自動(dòng)測量最主要的是運(yùn)動(dòng)控制模塊，數(shù)據(jù)采集控制模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊和采集模塊的功能是與下位機(jī)DMC2410四軸運(yùn)動(dòng)卡和信號(hào)采集單元通訊，通過硬件組件提供的動(dòng)態(tài)連接庫DLL，向運(yùn)動(dòng)控制卡和數(shù)字示波器發(fā)送或提取需要的信息，驅(qū)動(dòng)X、Y、Z軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到快速準(zhǔn)確測量的目的。因此該模塊的一端與硬件提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫的DLL相連，能夠從硬件系統(tǒng)中獲得軟件系統(tǒng)所需要的信息，如超聲接收傳感器的位置信息，即機(jī)器人X、Y、Z 軸的位置坐標(biāo)，和采集到的超聲波信息，并把信息進(jìn)行基礎(chǔ)的處理后傳送給顯示輸出模塊進(jìn)行顯示和輸出，其原理框圖如下圖3-3所示。在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件框架的設(shè)計(jì)上，要考慮人機(jī)界面友好，硬件控制和糾錯(cuò)功能要完善，還包括數(shù)據(jù)顯示模塊，數(shù)據(jù)可視化模塊等。

　　4．系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)功能按照上述設(shè)計(jì)方案全部實(shí)現(xiàn)，按自動(dòng)采集定位控制及信號(hào)采集分析分別分兩步實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際測量的需要，根據(jù)功能不同分為四個(gè)部分，水聽器定位，單軸掃描，三維掃描和聲譜分析控制平臺(tái)。

　　數(shù)據(jù)采集模塊是該系統(tǒng)的核心，該模塊的開發(fā)要首先下載凌華科技科技提供的PCI-9846H相關(guān)的LabVIEW支持函數(shù)庫，并加載到LabVIEW工具庫中（見圖4-1），然后可以很方便的與原工具一樣編制采集程序。實(shí)現(xiàn)了4通道數(shù)據(jù)的高速采集模塊，并實(shí)現(xiàn)了該模塊內(nèi)置的在線觀察預(yù)處理功能，如多參數(shù)濾波器、功率譜、頻譜分析與幅值、頻率等參數(shù)的測量（見圖4-2）。同時(shí)該模塊還實(shí)現(xiàn)了多種時(shí)域、高階譜、短時(shí)傅里葉變化與小波等分析方法，可以對(duì)采集到的信號(hào)根據(jù)需要進(jìn)行以上預(yù)處理，并進(jìn)行同步三維顯示，然后傳到后面的三維聲場自動(dòng)分析模塊進(jìn)行建模分析。該模塊可以作為單獨(dú)的4通道超聲信號(hào)采集與分析使用，可以將數(shù)據(jù)以文本、數(shù)據(jù)文件格式存儲(chǔ)，也可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)回放分析。將該模塊作為一個(gè)LabVIEW超聲信號(hào)采集類使用，將其植入相應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，用于后面的綜合分析。

　　實(shí)現(xiàn)直線掃描運(yùn)動(dòng)控制，平面掃描運(yùn)動(dòng)控制，和三軸立體掃描空間運(yùn)動(dòng)控制，以一步一停的運(yùn)動(dòng)方式逐點(diǎn)采集數(shù)據(jù)?？梢钥焖賹鞲衅饕苿?dòng)到需要采集的區(qū)域，然后從以上信號(hào)采集功能模塊的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，觀察傳感器所在位置的電信號(hào)變化，并定量判斷該點(diǎn)的聲壓值。聲場自動(dòng)定位定位功能模塊的參數(shù)控制面板見圖4-3。

　　單軸掃描，三維掃描和聲譜分析軟件，是測量聲場空間分布和時(shí)頻特性的專用軟件。單軸掃描可以顯示在X，Y，Z方向上每個(gè)測量點(diǎn)的聲壓或聲強(qiáng)沿直線方向的分布曲線圖，通過與設(shè)計(jì)的各軸向聲場分布理論值比較，可快速對(duì)超聲換能器的性能作出評(píng)估。

　　三維掃描軟件能詳細(xì)描繪整個(gè)三維空間和XY，XZ，YZ平面上的聲場分布的情況，由于空間分辨率高，可以顯示平面上的微小變化，通過不同聲壓或聲強(qiáng)與顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以直觀看出聲場在空間的變化規(guī)律，為研究和工程人員提供可靠精確的分析途徑，其應(yīng)用界面見圖4-5、6。

　　頻譜分析采用離散傅里葉變換，對(duì)采集的聲場電信號(hào)處理。利用頻譜分析方法可研究高頻超聲信號(hào)的頻域分布（見圖4-6），對(duì)超聲場全面了解，也是換能器性能測定的重要指標(biāo)。