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 利用 改造水声换能器测试系统 V I 糜锋, 蔡贤金, 江传华 ( )中国船舶重工集团 722 研究所中心计量室, 湖北 武汉 430079 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、中解脱出来。 关键词: 虚拟仪器; 水声换能器; ; 数据采集L abV IEW ( ) 文章编号: 100226061 20040220033203 中图分类号: 93019; 552 文献标识码: TM TB B Rebu ild in g the Te st Sy stem of Un derwa ter Tran sducer w ith V ir tua l In strum en t 22, , M I F en gCA I X ian jin J IA N G C h u an h u a ()C a lib ra t io n and T e st C en te r o f N O. 722 R e sea rch In st itu te o f C h ina Sh ip bu ild ing Indu st r ia l Co rpo ra t io n, W uh an 430079, C h ina 2: , A b stra c tPo in t in g to th e ex is t in g p ro b lem in th e t rad it io n a l u n de rw a te r t ran sdu ce r te s tan au to . m ea su r in g u n de rw a te r t ran sdu ce r w ith v ir tu l in s tum en t an d th ro u gh com p u te r co n t ro l p lan is p rop o sed h is p lan in c rea se s th e accu racy o f th e u n de rw a te r t ran sdu ce r te s t an d th e eff ic ien cy is in c rea sed o f th e T .. sam e t im eA n d th e te s t m em b e r s w ill b e f ree f rom th e m isce llan eo u s e s t im a t io n an d reco rd Key word s: V I; u n de rw a te r t ran sdu ce r; L abV IEW ; DA Q , 将电信号转换为声 度的信号送给水下的发射换能器0 前言 信号; ?声信号通过喇叭有方向性向水下传播; ?待测 声波是已知的唯一能够在水中远距离传播的波 换能器在一远距离处做匀速的水平转动, 在各个角度 ( ) 动, 在这方面远比电磁波 如无线电波、光波等好, 因 接收声信号并转换成电信号; ?测量放大器接收从换 此声波是目前水下通信的主要手段。当前, 世界各国都 能器传输过来的电信号, 经带通滤波器过滤后送给绘 在开展水声通信方面的研究。 图仪打印角度2幅度的测试曲线; ?测试人员根据测试 水声通信中的一个关键设备就是水声换能器, 它 曲线及换能器的参数人工计算出灵敏度及偏差, 是发射和接收水中声信号的装置。 应用最广泛的是电 判断该换能器是否合格, 最后将测试结果记录。以上测 声转换的水声换能器, 即转换电能为水中声能的水声 试方法中需要人工参与计算, 因此而带来的误差也较 ( 发射器, 以及转换水中声能为电能的水声接收器 即水 大, 而且当测试数目较多时, 测试效率就成了很大的问 )听器。 显然, 换能器的性能将直接影响到水声通信的 题。 再者, 因为绘图仪属于机械设备, 长时间使用后也 质量。改造前的水声换能器测试是基于丹麦公司 B &K 会出现绘图不准的现象。所以, 现急需一种能解决该系 (的一整套测试设备的, 具体为信号发生器 ƒS in eN o ise 统存在问题的改造方案。 改造后的系统应该能实现如 () Gen e ra to r T yp e 型号: 1054、功率放大器 Pow e r A m 2 下功能:()型号: 2712、测量放大器 p lif ie r T yp e M ea su r in g A m 2 ) 1自动计算出灵敏度和水平指向性偏差并判断是 ()型号: 2610、带通滤波器 p lif ie r T yp e B an d P a ss F il2 否合格, 整个过程不需要人工计算, 提高测试准确度; ) 型号: 1617及绘图仪等。 其测试原理及步骤te r T yp e ) 2能输入换能器号、测试日期等信息, 能在屏幕上 如下: ?由信号发生器及功率放大器将特定频率和幅 即时绘制测试曲线, 能打印测试报告; ) 能 编 辑 的 文 件 格 3 将 测 试 结 果 存 盘 为 EXC EL 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。 主要硬件配置1 本改造方案以廉价、实用为目的, 选取了凌华的 28111 数 据 采 集 卡 及 9813 接 线 端 子, 28111 A CL A CL 的参数如下: 12 位的采集分辨力, 8 通道单端输入, 50 ƒ的采样率, 10 , 总线的计算 的输入阻抗k Sas M 8 ISA 机接口。控制器由 内存的 机承担。改 450, 64P IIM PC 造后的连接示意图如图 1 所示。 图 2 212 采集电压值 电压采集分为三步: 首先调用 8111函数对 Co n f ig 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 , 分别设置为 5 和 220, 其 B a se A dd re ss 中要注意的是 220 为十六进制; 接着调用 8111 的 A I 函数, 采用软件触发的方式来R ead C h an n e l V o ltage 采集电压值; 最后调用 函数释放板卡。 R e lea se C a rd 为了减小误差, 采用了如下的采集方法: 以 1的?精 度进行绘图, 每一点的电压值是在这 1?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 图 1 加圆滑。 系统的软件设计2 设被测换能器的转速为 8315 ƒ则每点的间隔 , sr 要完成本系统的软件设计, 有多种软件可供选择, 时间为 如 ƒ以及 11 等, 其中, 6V B L abw in dow sCV I L abV IEW = 8315×1000360= 23119 ƒt1 m s采用直观的图形化编程方 美国 N I 公司的 L abV IEW 213 延时法, 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 28111 数据采 A CL 这里的延时应该是每次数据采集间的时间间隔,集卡带有 的软件支持包, 所以我们选择了 L abV IEW 但因为采用了 20 次采集的平均做一次显示的方法, 所 11 作为开发工具。6L abV IEW ) ( 以每次采集的间隔为 = - ƒ20。 其中 为修正 t2 t1 t3 t3 数, 目的是使 为整数; 具体在程序中, 即为 20 次采 t2 t2 图 2 为系统软件的流程, 下面简要介绍各个步骤 集间的时间间隔, 用 函 W a it U n t il N ex t m s M u lt ip le 的具体内容。 数实现; 为每 20 次采集后的等待时间。 显然以上的t3 211 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 中的最 , 分别等于 11 , 1119 , 因为 t2 t3 m sm sL abV IEW中测试日期一栏, 系统会自动将当前日期作为测试日 小定时为 1 , 所以 取 12 。m st3 m s 期给出, 但用户也可以根据需要更改。“打印”按钮可以 214 数据处理将当前屏幕上显示的曲线、测试结果按测试报告的格 () ) 1 电压单位的转化, 即将采集到的电压值 转 V 式打印输出, 当出现如打印机卡纸等问题而造成没有 换成分贝形式表示, 并带入校准系数。假如利用标准换 将测试报告打印好时能再次打印测试报告。“开始”按 能器得到的对应关系为 们的关注, 如质量、电流等新标准的研究动向, 将互联 3 体会 ( ) 网应用于计量ƒ校准 , 计量数据交换格式 iCOL OU R ) 1会议集中反映了欧洲计量发展的最新进展, 尤其 是反映了法国计量的全面情况。从中可以看到, 法国乃至 化, 法制计量中测量仪器内置的或接口软件,欧洲的计量科学研究, 除了个别计量领域外, 还是相当活 校准优化分析和测量过程优化等。跃的。他们在重视计量基标准研究的同时, 也十分重视计 ) 4国外的研究工作系统性强, 有连续性, 科研工 量科学在应用领域的研究和探索。 虽然, 无线电电子学、 作扎实、细致、深入、效率高。对比我们的科研工作有些 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。 盲目, 继承性较差, 打一枪换一个地方, 一切从头开始, ) 2在欧洲范围内, 成立了很多的计量ƒ校准和测 因此很累, 水平却不高, 在研究内容方面相差也较大, 试 协 作 网, 如 协 作 网、M E T RO POL IS EU RO SEN S 主要原因是课题由下面申报, 什么有利报什么, 这样显 ()! 2624 应用传感器系统协作网、EU R E KA E W FD 然缺乏规划性和连续性, 而且水平不高。应该有一批专 () 欧洲水组织指导委员会等, 值得我们借鉴。 家结合计量技术发展、型号和企业生产的需求制定一 ) 3新技术在计量校准中应用的项目应该引起我ƒ个统一的、中长期的发展规划。 ()上接第 34 页 覆盖。如果没有查询到本次测试的换能器号, 则直接将测 试结果追加到文件中。 在程序设计中实现“覆盖”的操- 20619?215 dB V 1 = 011而 dB V 作比较复杂, 现解释 如下: 先调用 将各个字段转 设采集到的电压值为 x , 要换算到的分贝数为 y , 则R ead F rom Sp read sh ee t F ile 可以得到转换公式: 换成二维数组, 用 函数提取换能器号一维 In dex A r ray () = -- 200]×011+ 3115 数组, 1函数查找等于本次换能器号的数x y Sea rch D A r ray () 进而得出 = 10× - 215- 20619 y x 在 这 个 一 维 数 组 中 的 位 置, 接 着 调 用 R ep lace A r ray 得到以上公式后, 就能在 L abV IEW 程序中利用公 函数替换原二维数组中该位置的记录, 最后将新 Su b se t 式节点 实现分贝值的计算了。Fo rm u la N o de 的二维数组存入文件中, 实现数据的覆盖。 ) 2灵敏度及水平指向性偏差两个参数的计算。 计算 216 数据打印 方法为找出 360 个测试点中的最大最小值, 最大值和最 利用 来生成并打印测试报告。 测试报告 N I R epo r t 小值的平均值即为该换能器的灵敏度, 最大值减去最小包 含 测 试 结 果 和 测 试 曲 线, 分 别 用 A pp en d R epo r t 值除以 2 即为换能器的水平指向性偏差。、函数将其加入到T ex tA pp en d Co n t ro l Im age to R epo r t 215 数据存储 测试报告中。 根据实际测试的需要, 存储的参数为以下七个: 换能 3 结束语 ( )( )()器号 20032、测试频率 、灵敏度 、水ƒƒN F kH zM dB 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 ƒƒƒ D dB 、电 阻 R M 8 、静 态 电 容 C 计算繁琐等问题, 利用虚拟仪器技术, 通过计算机的控制)、是否合格。为了能在 软件中读取结果, 我们 n F EXC EL 实现了换能器的自动测试。 提高了换能器测试准确度的 调用的是 函数, 将以上信息 W r ite T o Sp read sh ee t F ile , 也大大地提高了测试效率, 将测试人员从繁杂的估 同时 存入文本格式的文件 然后在 将此文. , da tah n qw in dow s 算、记录中解脱出来。该系统在实际运用中得到了用户的 件 与 关 联, 这 样 双 击 就 能 自 动 的 用. EXC EL da tah np 高度肯定。 该系统是虚拟仪器技术在实际工程中运用的 打开了。EXC EL 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 N I 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 1 GB ƒT 7965—2002 声学 水声换能器测量[ S . 否已经有该号的记录, 如果有则查询前记录中测试结果 1[ .2 N IL abV IEW P ro g ramm e r’ s R efe rence Z 是否合格、同时判断本次测试结果是否合格, 将这些信息 12[ .A DL IN K PC ISL V IEW P nP U se r’ s Gu ide Z 3 file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56