基于凌華PCI-9846高速數字化儀的復雜超聲場自動檢測與分析

　　根據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據實時處理平臺。在綜合分析平臺中根據聲場描述的需要，將采集到的電信號，轉換成聲壓或聲強值，并且將轉換的值投影到對應的采集區域，采用可視化技術直觀顯示聲場分布的變化規律。

　　進行自動測量最主要的是運動控制模塊，數據采集控制模塊。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連接庫DLL，向運動控制卡和數字示波器發送或提取需要的信息，驅動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鏈接庫的DLL相連，能夠從硬件系統中獲得軟件系統所需要的信息，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。在進行數據結構和軟件框架的設計上，要考慮人機界面友好，硬件控制和糾錯功能要完善，還包括數據顯示模塊，數據可視化模塊等。

　　4．系統功能實現

　　系統功能按照上述設計方案全部實現，按自動采集定位控制及信號采集分析分別分兩步實現。根據實際測量的需要，根據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。

　　數據采集模塊是該系統的核心，該模塊的開發要首先下載凌華科技科技提供的PCI-9846H相關的LabVIEW支持函數庫，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。實現了4通道數據的高速采集模塊，并實現了該模塊內置的在線觀察預處理功能，如多參數濾波器、功率譜、頻譜分析與幅值、頻率等參數的測量（見圖4-2）。同時該模塊還實現了多種時域、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需要進行以上預處理，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，可以將數據以文本、數據文件格式存儲，也可以將存儲的數據回放分析。將該模塊作為一個LabVIEW超聲信號采集類使用，將其植入相應的數據節點，用于后面的綜合分析。

　　實現直線掃描運動控制，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據。可以快速將傳感器移動到需要采集的區域，然后從以上信號采集功能模塊的數據節點讀取數據，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關系，可以直觀看出聲場在空間的變化規律，為研究和工程人員提供可靠精確的分析途徑，其應用界面見圖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。