利用VI改造水声换能器测试系统

利用VI改造水声换能器测试系统 航空计测技术计算机技术与应用 ?33? 糜锋,蔡贤金,江传华 中国船舶重工集团7研究所中心计量室,湖北武汉4(2230079) 摘 要:针对传统水声换能器测试中存在的问题,提出了一种利用虚拟 仪器技术,通过计算机的控制 实现换能器自动测试的。该方案在提高了换能器测试准确度 的同时,也大大地提高了测试效率,将测试人员从繁杂的估算、记录中 解脱出来。 关键词:虚拟仪器;水声换能器;数据采集LabVIEW; 中图分类号:30.9;552TM9TB 文献标识码:B 文章编号:1002-6061(2004)02-0033-03 RebuildingtheTestSystemofUnderwaterTransducerwithVirtualInstrument ,C-,J-MIFengAIXianjinIANGChuanhua (22R,Wu30079,C)CalibrationandTestCenterofNO.7esearchInstituteofChin aShipbuildingIndustrialCorporationhan4hina ——————————————————————————————————————————————— :,a-AbstractPointingtotheexistingprobleminthetraditionalunderwatertransducertestnauto.measuringunderwatertransducerwithvirtulinstumentandthroughcomputercontrolplanisproposedThisplanincreasestheaccuracyoftheunderwatertransducertestandtheefficiencyisincreasedofthe.An.sametimedthetestmemberswillbefreefromthemiscellaneousestimationandrecord :;u;LKeywordsVInderwatertransducerabVIEW;DAQ 0前言 声波是已知的唯一能够在水中远距离传播的波在这方面远比电 磁波(如无线电波、光波等)好,因动, 此声波是目前水下通信的主要手段。当前,世界各国都在开展水 声通信方面的研究。 水声通信中的一个关键设备就是水声换能器,它是发射和接收水 中声信号的装置。应用最广泛的是电即转换电能为水中声能的水声声 转换的水声换能器, 发射器,以及转换水中声能为电能的水声接收器(即水听器)换能 器的性能将直接影响到水声通信的。显然,质量。改造前的水声换能 器测试是基于丹麦B&K公司具体为信号发生器(的一整套测试设 备的,/SineNoise型号:功率放大器(1054)、GeneratorTypePowerAm-型号: 测量放大器(2712)、MeasuringAm-plifierType带通滤波器(2610)、 plifierType型号:BandPassFil-型号:及绘图仪等。其测试原理及步骤 1617)terType如下:?由信号发生器及功率放大器将特定频率和幅 ——————————————————————————————————————————————— 将电信号转换为声度的信号送给水下的发射换能器, 信号;?声信号通过喇叭有方向性向水下传播;?待测换能器在一远距离处做匀速的水平转动,在各个角度接收声信号并转换成电信号;?测量放大器接收从换经带通滤波器过滤后送给绘能器传输过来的电信号, 图仪打印角度-幅度的测试曲线;?测试人员根据测试判断该换能器是否合格,最后将测试结果记录。以上测试中需要人工参与计算,因此而带来的误差也较大,而且当测试数目较多时,测试效率就成了很大的问题。再者,因为绘图仪属于机械设备,长时间使用后也所以,现急需一种能解决该系会出现绘图不准的现象。 统存在问题的改造方案。改造后的系统应该能实现如下功能: 自动计算出灵敏度和水平指向性偏差并判断是1) 否合格,整个过程不需要人工计算,提高测试准确度;能输入换能器号、测试日期等信息,能在屏幕上2) 即时绘制测试曲线,能打印测试报告;将测试结果存盘为E3)XCEL能编辑的文件格式,方便以后查询打印; 能进行循环测试,提高测试效率。4) 曲线及换能器的参数人工计算出灵敏度及偏差, 收稿日期:2003-05-21 作者简介:糜锋(男,本科,工程师,主要从事测试技术1977-),研究及自动测试系统开发工作。 ?34? ——————————————————————————————————————————————— 计算机技术与应用 2004年第24卷第2期 通过调研、分析,我们决定采用虚拟仪器技术,利用数据采集卡和中央控制计算机来采集、处理测试数据,实现以上功能。 1主要硬件配置 本改造方案以廉价、实用为目的,选取了凌华的-8111数据采集卡及9813接线端子,-8111ACLACL的参数如下:12位的采集分辨力,8通道单端输入,50的采样率,/10MΩ的输入阻抗,kSasISA总线的计算机接口。控制器由P450,64IIM内存的PC机承担。改造后的连接示意图如图1所示。 图1 2系统的软件设计 要完成本系统的软件设计,有多种软件可供选择,如 VB,Labwindows/CVI以及LabVIEW6 .1等,其中美国NI公司的LabVIEW采用直观的图形化编程方法,在仪器控制方面有着通用性好、数据处理能力强、输出界面友好等特点,并且凌华的ACL-8111数据采集卡带有LabVIEW的软件支持包,所以我们选择了LabVIEW6 .1作为开发工具。图2为系统软件的流程,下面简要介绍各个步骤的具体内容。 2.1等待测试开始该状态下,用户可以输入换能器号、测试日期。其中测试日期一栏,系统会自动将当前日期作为测试日期给出,但用户——————————————————————————————————————————————— 也可以根据需要更改。"打印"按钮可以将当前屏幕上显示的曲线、测试结果按测试报告的格式打印输出,当出现如打印机卡纸等问题而造成没有将测试报告打印好时能再次打印测试报告。"开始"按钮可以启动测试。"退出"按钮可以退出该测试系统。 图2 2.2采集电压值 电压采集分为三步:首先调用8111Config函数对数据采集卡进行初始化,主要包含采集的电压幅度范 围及基地址(BaseAddress),分别设置为5和220,其中要注意的是220为十六进制;接着调用8111的AIReadChannelVoltage函数,采用软件触发的方式来采集电压值;最后调用ReleaseCard函数释放板卡。为了减小误差,采用了如下的采集方法:以1o的精度进行绘图,每一点的电压值是在这1o 对应的时间内进行20次的采集而得到的平均值。 这样可以使曲线更加圆滑。 设被测换能器的转速为83.5s/r,则每点的间隔时间为 t1 =83.5×1000/360=231.9ms2.3延时 这里的延时应该是每次数据采集间的时间间隔,但因为采用了20次采集的平均做一次显示的方法,所以每次采集的间隔为t2=(t1-t3)/20。其中t3为修正数,目的是使t2为整数;具体在程序中,t2即为20次采集间的时间间隔,用WaitUntilNextmsMultiple函数实现;t3——————————————————————————————————————————————— 为每2 0次采集后的等待时间。显然以上的t2,t3分别等于11ms,11.9ms, 因为LabVIEW中的最小定时为1ms,所以t3取1 2ms。2.4数据处理 1)电压单位的转化,即将采集到的电压值(V)转换成分贝形式表示,并带入校准系数。假如利用标准换能器得到的对应关系为 (下转) 航空计测技术国外计测 ?43? 3体会 尤其1)会议集中反映了欧洲计量发展的最新进展, 是反映了法国计量的全面情况。从中可以看到,法国乃至欧洲的计量科学研究,除了个别计量领域外,还是相当活跃的。他们在重视计量基标准研究的同时,也十分重视计量科学在应用领域的研究和探索。虽然,无线电电子学、电离辐射和声学三个计量专业没有文章出现,但是据我们所知,欧洲在这三个专业领域有很高的水平。 成立了很多的计量/校准和测2)在欧洲范围内,试协作网,如METROPOLIS协作网、EUROSENS(!2624应用传感器系统协作网)、EUREKAEWFD欧洲水组织指导委员会)等,值得我们借鉴。( 校准中应用的项目应该引起我3)新技术在计量/ 们的关注,如质量、电流等新标准的研究动向,将互联网应用于计量/校准(计量数据交换格式,iCOLOUR)校准优化分析和测量过程优化——————————————————————————————————————————————— 等。 有连续性,科研工4)国外的研究工作系统性强, 作扎实、细致、深入、效率高。对比我们的科研工作有些 法制计量中测量仪器内置的或接口软件,规范化, 盲目,继承性较差,打一枪换一个地方,一切从头开始,主要原因是课题由下面申报,什么有利报什么,这样显然缺乏规划性和连续性,而且水平不高。应该有一批专家结合计量技术发展、型号和企业生产的需求制定一个统一的、中长期的发展规划。 因此很累,水平却不高,在研究内容方面相差也较大, ==================================================== 上接第3覆盖。如果没有查询到本次测试的换能器号,则直接将测(4页) -206.9?2.5dBV 1d=0.1BV 设采集到的电压值为x要换算到的分贝数为y则,,可以得到转换: =[-(-200)]×0.1+3.15xy 进而得出 =10×(-2.5)-206.9yx 得到以上公式后,就能在LabVIEW程序中利用公而 试结果追加到文件中。 在程序设计中实现"覆盖"的操作比较复杂,现解释如下:先调用R——————————————————————————————————————————————— 将各个字段转eadFromSpreadsheetFile换成二维数组,用IndexArray函数提取换能器号一维 数组,Search1DArray函数查找等于本次换能器号的数 在这个一维数组中的位置,接着调用ReplaceArray 函数替换原二维数组中该位置的记录,最后将新Subset的二维数组存入文件中,实现数据的覆盖。 2.6数据打印利用NI来生成并打印测试报告。测试报告Report 式节点F实现分贝值的计算了。ormulaNode 灵敏度及水平指向性偏差两个参数的计算。计算2)方法为找出3最大值和最60个测试点中的最大最小值, 小值的平均值即为该换能器的灵敏度,最大值减去最小值除以2即为换能器的水平指向性偏差。2.5数据存储 根据实际测试的需要,存储的参数为以下七个:换能器号(测试频率(灵敏度(水2003-、/)、)、N)FkHzM/dB 包含测试结果和测试曲线,分别用AppendReport 函数将其加入到、TextAppendControlImagetoReport测试报告中。 3结束语 本系统针对传统换能器测试中存在的效率低、人工 平指向性偏差(电阻(静态电容()、/、/计算繁琐等问题,D/dBRMΩ)C利用虚拟仪器技术,通过计算机的控制 是否合格。为了能在E我们实现了换能器的自动测试提高了换能器测试准确度的)、nFXCEL软件中读取结果,。调用的是Wr将以上信——————————————————————————————————————————————— 息同时也大大地提高了测试效率将测试人员从繁杂的估iteToSpreadsheetFile函数,,,存入文本格式的文件d然后在wi将此文算记录中解脱出来该系统在实际运用中得到了用户的.,atahnqndows、。件与E这样双击d.XCEL关联,atahnp就能自动的用高度肯定。EXCEL打开了。该系统是虚拟仪器技术在实际工程中运用的一个实 在实际应用中,因为测试的换能器数目较多,经常会例同时因为其采用的是非的数据采集板卡,这将为,NI出现重测或报错换能器号的情况,为了能避免将测试过有同类需求的用户提供一定的参考 。 的换能器测试结果覆盖掉,我们采用了以下的方法:在存 参考文献 储新的换能器测试结果前,先用换能器号搜索文件中是否已经有该号的记录,如果有则查询前记录中测试结果是否合格、同时判断本次测试结果是否合格,将这些信息以弹出对话框的形式提示测试人员是否将先前测试结果 [1]G/7965-2002声学水声换能器测量 [].BTS[2]NI.[].LabVIEWProgrammer'sReferenceZ[3]AD-[].LINK.PCISL VIEWPnPUser'sGuideZ[4]AD-[].LINK.PCISLVIEWPnPFunctionReferen ceZ ———————————————————————————————————————————————