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

　　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控制平臺和數(shù)據(jù)實時處理平臺。在綜合分析平臺中根據(jù)聲場描述的需要，將采集到的電信號，轉(zhuǎn)換成聲壓或聲強值，并且將轉(zhuǎn)換的值投影到對應(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。

　　進行自動測量最主要的是運動控制模塊，數(shù)據(jù)采集控制模塊。運動控制模塊和采集模塊的功能是與下位機DMC2410四軸運動卡和信號采集單元通訊，通過硬件組件提供的動態(tài)連接庫DLL，向運動控制卡和數(shù)字示波器發(fā)送或提取需要的信息，驅(qū)動X、Y、Z軸步進電機運動，達到快速準確測量的目的。因此該模塊的一端與硬件提供的動態(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，即機器人X、Y、Z 軸的位置坐標，和采集到的超聲波信息，并把信息進行基礎(chǔ)的處理后傳送給顯示輸出模塊進行顯示和輸出，其原理框圖如下圖3-3所示。在進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件框架的設(shè)計上，要考慮人機界面友好，硬件控制和糾錯功能要完善，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)功能實現(xiàn)

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

　　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。實現(xiàn)了4通道數(shù)據(jù)的高速采集模塊，并實現(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）。同時該模塊還實現(xiàn)了多種時域、高階譜、短時傅里葉變化與小波等分析方法，可以對采集到的信號根據(jù)需要進行以上預(yù)處理，并進行同步三維顯示，然后傳到后面的三維聲場自動分析模塊進行建模分析。該模塊可以作為單獨的4通道超聲信號采集與分析使用，可以將數(shù)據(jù)以文本、數(shù)據(jù)文件格式存儲，也可以將存儲的數(shù)據(jù)回放分析。將該模塊作為一個LabVIEW超聲信號采集類使用，將其植入相應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點，用于后面的綜合分析。

　　實現(xiàn)直線掃描運動控制，平面掃描運動控制，和三軸立體掃描空間運動控制，以一步一停的運動方式逐點采集數(shù)據(jù)?？梢钥焖賹鞲衅饕苿拥叫枰杉膮^(qū)域，然后從以上信號采集功能模塊的數(shù)據(jù)節(jié)點讀取數(shù)據(jù)，觀察傳感器所在位置的電信號變化，并定量判斷該點的聲壓值。聲場自動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方向上每個測量點的聲壓或聲強沿直線方向的分布曲線圖，通過與設(shè)計的各軸向聲場分布理論值比較，可快速對超聲換能器的性能作出評估。

　　三維掃描軟件能詳細描繪整個三維空間和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與顏色的對應(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，對采集的聲場電信號處理。利用頻譜分析方法可研究高頻超聲信號的頻域分布（見圖4-6），對超聲場全面了解，也是換能器性能測定的重要指標。