AUTOM-1型高速水声换能器自动测量系统简介

1 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统简介 1 概述 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统可以测量水声换能器的接收灵 敏度、发送响应、指向性图、阻抗和指向性指数等参数，系统的最大特点是 采用了多频率指向性图同步测量技术，测量速度快、自动化程度高，测量速 度能达到常规系统的 20 倍左右，能在 3 分钟的时间内完成 30 个频率接收灵 敏度(或发送响应)和 11 个频率指向性图的测量，每个频率指向性图的测 量角度为 0°～360°(角度分辨率为 1°)。该系统可以大幅提高水声换能 器声学参数测试的效率，为水声换能器研制、生产、测试、计量等单位带来 很好的经济效益。 2 系统主要功能及指标 1) 测量参数：接收灵敏度、发送响应、指向性图、声源级、阻抗等； 2) 测量频率范围：2kHz～160kHz(可以扩展到 500Hz～1MHz)； 3) 电子设备测量误差：≤0.2dB； 4) 换能器旋转一周能同时测量 11 个频率指向性图（指向性图的测量角 度：0°～360°，分辨率：1°）； 5) 测量 30 个频率接收灵敏度(或发送响应)和 11 个频率指向性图的测 量时间可根据需要设定，设定范围：2 分钟～1 小时； 6) 测量结果采用数据文件的形式存储在计算机硬盘上，一个数据文 件同时包含全部测量参数及测量时的信号波形； 7) 打开数据文件可以查看各种测量参数及信号波形，也可以将测量 结果打印输出到 A4 纸上； 8) 可以自动判读波束宽度、每个角度上的响应值、指定角度内的响 应起伏、指向性指数等参数。 3 系统组成及原理 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统主要由信号处理设备、PC 计算 机、回转装置、信号功率放大器和测量软件组成，系统的实物照片见图 1，其 2 中， PC 计算机、回转装置和功率放大器是通用的产品，可以根据需要选购 任何公司的产品，也可以利用原有的产品，最大限度地节约投资。 图 1 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统实物照片 测量软件运行在 PC 计算机上，PC 计算机的操作系统为 WINDOWS，测 量软件通过 PC 计算机控制信号处理设备，严格按照测量时序产生各种频率的 激励信号，经过功率放大器放大后，激励发射换能器输出测量所需的水声激 励信号，同时按照测量时序检测标准水听器或接收换能器接收到的水声信号， 经过信号处理和计算，自动完成各种参数的测量，并将测量结果用数值及图 形的方式实时显示在软件界面上。 AUTOM-1 型的测量速度能达到同类系统 20 倍的主要原因有两个，第一个 是采用了多频率指向性图同步测量专利技术，换能器旋转一周能同时测量 11 个频率指向性图；第二个是整个测量过程由计算机控制完成，各种参数的测 量过程一气呵成，无多余的等待或空闲时间。多频率指向性图同步测量专利 技术与传统测量技术对比情况如图 2 所示。 3 多频率指向性图同步测量技术，换能器旋转 传统测量技术，换能器旋转一周只测量一个频率 一周就同时测量了 11 个频率的指向性图。 的指向性图，测量 11 个频率指向性图需要换能 器往复旋转 21 周。 图 2 多频率指向性图同步测量技术与常规测量技术对比情况 如果换能器旋转一周需要 2 分钟，则本系统测量 11 个频率指向性图只需 要 2 分钟的时间，而采用传统的测量技术，换能器旋转 21 周就需要 42 分钟， 再加上每测量完一个频率指向性图后的停顿时间及重新启动测量下一个频率 指向性图的时间，总的测量时间通常超过 1 个小时，由此可知该系统的测量 速度能达到常规系统的 20 倍以上。 4 操作 测量软件运行在 WINDOWS 操作系统的 PC 计算机上，将“换能器测量” 复制到计算机的 C：盘根目录下，运行该目录下的“C:\换能器测量\换能 器测量.EXE”文件，就能启动测量软件。 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统完成一只发射换能器声学参数 测量后的主界面如图 2 所示。主界面上有主菜单、指向性图设置区、指向性 图显示区、测量数据显示区、信号波形显示区和数据曲线显示区等。在该界 面上同时显示了 11 个频率指向性图、30 个频率发送响应、测量时采集的信号 波形、信号电压值、发送响应的频响曲线等参数。 4 主菜单 指向性图设置区 指向性图显示区 测量数据显示区 信号波形显示区 数据曲线显示区 图 2 测量软件主界面 4.1 测量操作 用鼠标单击主菜单上的“换能器测量－＞接收灵敏度/发送响应测量”菜 单，软件将弹出测量参数设定对话框，测量参数设定对话框如图 3 所示。其 中，待测换能器种类设置的接收换能器、发射换能器单选按钮用于指定本次 操作所测换能器的类型；灵敏度频率选择用于设置接收换能器灵敏度测量的 频率或发射换能器发送响应测量的频率，可根据需要输入所需的测量频率， 并选中频率数值前面的选择框（没有选中的频率将不进行测量），最多可同时 选中 30 个频率进行测量；指向性频率选择用于设置指向性图测量的频率，可 根据需要输入所需的测量频率，并选中频率数值前面的选择框（没有选中的 5 频率将不进行测量），最多可同时选中 11 个频率进行测量。在测量参数设定 对话框上还可以输入换能器种类、名称、代号、测量距离和测量人员等参数。 上述各种参数的设置也可以通过选择摸板文件快速完成（本软件中提供了发 射换能器模板 1 和水听器模板 1 两个模板，可以用鼠标单击“选择模板文件” 按钮进行选择，模板文件可以根据需要编制和添加任意多个，以方便各种日 常的测量工作）。参数设置完成后，按“确定”按钮，再输入保存数据的文件 名，系统就开始按设定的内容自动进行测量，测量数据自动保存在输入的数 据文件名中。 图 3 测量参数设定对话框 4.2 数据回放操作 用鼠标单击主菜单上的数据回放菜单，软件将弹出打开数据文件对话框， 在对话框中选择需要回放的数据文件并打开，软件将显示出测量结果，测量 结果回放的显示情况与测量时的显示情况完全相同。 在缺省状态下，指向性图显示区用不同的颜色同时显示了数据文件中包 6 含的全部测量频率的指向性图，每个指向性图对应的频率及颜色显示在指向 性图设置区的最左边，如图 4 所示。 图 4 指向性图设置区 如果同时显示全部频率指向性图时不便于查看，可以用鼠标点击指向性 图对应频率前面的选择框，去除不想查看的指向性图，只保留一个或几个需 要查看的指向性图，图 5(a)是同时显示了 11 个频率指向性图的结果，图 5(b) 是只显示了 1 个频率指向性图的结果。 a b 图 5 平板换能器基阵指向性图 7 在“分贝/大格”标签下输入指向性图中每格代表的分贝数（缺省值为 3dB/ 格），可以调节指向性图的显示比例。 用鼠标点击指向性图显示区上任意位置，软件将读取该位置对应的角度 和该角度对应的灵敏度（发送响应）数值，并显示在指向性图设置区最右边 的角度文本框和当前值文本框中。 在指向性图设置区上用鼠标选择开角选项，并在其后的文本框中填入 3 （或其它数值），再用鼠标点击指向性图显示区的任意角度，最后用鼠标点击 “自动判读”按钮，软件将读取以该角度为声轴方向，左右各下降 3dB 对应 的波束宽度，并显示在指向性图设置区最右边的当前值文本框中。 在指向性图设置区上用鼠标选择起伏选项，并在其后的文本框中填入 180 （或其它数值），再用鼠标点击指向性图显示区的任意角度，最后用鼠标点击 “自动判读”按钮，软件将读取以该角度为参考方向，左右各 180°范围内的 灵敏度起伏数值，并显示在指向性图设置区最右边的当前值文本框中。 测量数据显示区用于显示测量到的灵敏度数据、发送响应数据和阻抗数 据，数据曲线显示区用于显示测量数据的曲线图。用鼠标左键单击曲线图上 有数据的区域，软件将显示出对应点的频率和测量数据，用鼠标左键点击曲 线图左上方的滚动按钮，可以上下移动曲线图。 信号波形显示区用于显示测量时采样到的信号波形，信号波形共有三组， 从左到右依次是发射信号波形、标准水听器输出波形和待测水听器输出波形。 每组波形分上下两个窗口显示，上面一个窗口显示的是采样到的全部信号波 形，下面一个窗口显示的是波形展开后的情况。用鼠标左键点击选择波形频 率下方的滚动按钮，可以选择需要查看的信号频率。 4.3 数据打印操作 用鼠标单击主菜单的数据打印功能，软件将弹出打印菜单。在菜单中选 择打印数据功能，软件将打印测量数据及判读结果到 A4 纸上；选择打印指向 性图功能，软件将打印指向性图到 A4 纸上。 指向性图打印结果是当时的显示结果，可以先选好要打印的指向性图频 率（一个或几个频率），再点击“重画图形”或“自动比率”按钮，将指向性 图曲线调整到最佳显示大小，最后选择打印指向性图功能，打印机将打印出 8 当前调整好的显示结果。 4.4 转台控制操作 用鼠标单击主菜单的转台控制功能，软件将弹出回转装置控制对话框， 回转装置控制对话框见图 6，利用该对话框，测量软件能通过串口控制回转装 置进行精确的升降和回转控制，该功能需要回转装置具有串口控制模式。 图 6 回转装置控制对话框 5 结束语 AUTOM-1 型高速水声换能器自动测量系统是目前国内测试速度最快的一 套水声换能器自动测量系统，具有测试速度快、测量结果准确、人机界面友 好、测量数据便于管理等优点，可以很好地满足水声换能器研制、生产、测 量单位的水声测量要求。在系统的随机资料中包含有一个视频介绍资料，观 看后能详细了解该系统的性能及操作过程。此外，还有一套模拟演示软件， 能模拟换能器测量的全部过程，并可以对几只实测的换能器数据文件进行回 放及打印，操作该模拟软件与操作实际的换能器自动测量系统的过程完全相 同，能进一步体会到该系统高速、便捷的性能。