便攜式超聲波水聲聲壓計設計(05100)_第1頁
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文檔簡介

1、隨著水下超聲波技術的發展,在很多應用場所提出了測試其聲強的需要。我們采用cs-3型水聽器設計便攜式超聲波聲壓計。系統設計設計目標要求:實現15-45khz超聲波聲壓、聲強的測量。測量的范圍是0-10個大氣壓(或聲壓級范圍：30-120db)。測量的誤差為在總體的頻率范圍內大小3db,對單一頻率小于1db。cs-3型水聽器的特性是在10-100khz,其m參數的不一致性小于3db。m參數是指水聽器受單位聲壓的作用而產生的輸出電壓,單位是v/pa。用分貝表示的m參數是：m(db )=20log(m/mo),其中mo為參考聲壓mo=1v/礟a。聲強i=p2 /(r*c),其中p為聲壓,c為聲速,r為

2、密度。為滿足設計的目標,需進行測量誤差分析。對應于在為30-120db的聲壓級,在流體中的聲強為：i=p*v*cosy自由場中聲強為：i=p2/(r*c)聲強級的表達式為：i=10log(i/io)其中io為10-12 (w/m2),在自由聲場中聲壓級與聲強級近似相等。從而可得出(在近似測量中)聲強級的不一致性對應于m參數的不一致性小于3db。從而得出：不必進行頻率校正,聲壓、聲強的不一致性可以滿足要求。由于一般測的是有效聲壓,為平均值,所以測量的精度相比起來比較容易實現。跟隨、放大、濾波、峰值和頻率檢測,產生誤差主要在濾波、峰值和頻率檢測。我們所設計的濾波通帶不穩定度為1db、峰值檢測的誤差

3、小于1db,但通過進行頻率的檢測,和時間的平均,進行軟件和硬件的補償可以使誤差較好的滿足要求。根據上面的分析,考慮到超聲波測量的特點,系統框圖示于圖1。其中預加重考慮隔直和系統頻率特性。圖1 系統框圖圖2 高通濾波電路跟隨器起隔離水聽器和減小后端電路影響的作用。放大器與分壓通過可控增益放大來實現,也可通過開關來實現測量范圍的轉換。帶通濾波為測量特定頻率的超聲波聲壓的必需。峰值檢測為測量和計算聲壓的原始數據,頻率為提供頻率數據和進行聲壓計算的頻率校正。帶通濾波電路考慮系統對頻率范圍的不平度有較高的要求,采用巴特沃斯濾波器進行設計。帶通由高通和低通級聯實現?？紤]具體的要求截至頻率定為10khz。取高通的階數為5,低通的階數為6。圖2是高通濾波電路。峰值檢波電路圖3是用集成放大器來實現峰值檢波的電路。過零檢測電路過零檢測電路在輸出需考慮與msp430的接口問題,因而增加了接口轉換電路(圖4)。圖3 峰值檢波電路圖4 過零檢測電路系統接口本系統用ti公司msp430微控制器的p6端口的12位a/d轉換進行峰值測量,利用p1口的定時捕獲/比較進行頻率測量。在msp430硬件的設計上提供晶振、復位、時鐘電路以及jtag,完成整體設計。根據硬件,設計相關的軟件進行聲壓測量。結語本聲壓計的設計采用了

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