一種多通道噪聲自動測試系統的設計

1多通道超聲測試方法設計噪聲通信的環境復雜，噪聲通信參數、傳播破壞和多普勒頻率波動對聲音通信產生了影響。直接聲源和反射聲的混合形成復雜信號，導致碼間干擾。由于受到換能器和電子設備的頻段限制,可以將整個測試系統分為中頻和高頻2套獨立系統分別進行設計。多通道水聲測試系統用于各項水聲參數的測量和聲學裝置性能的分析研究,能夠實現高速可靠精確的水聲通信數據測試。其測量項目包括:發射聲源級、發射指向性、發射軸向聲壓、發射電壓/電流頻率響應;某頻率下接收靈敏度級、接收靈敏度響應級等參數的測量系統可以對以上項目進行自動化測量,測量數據直接存儲在中心計算機中,并且可以圖形或數據文件的形式打印輸出。2水下發射換能器以及測試機柜組成多通道測試系統的系統組成如圖1所示,系統主要由水聽器、水下發射換能器以及測試機柜組成。通過運行在中心計算機上的多通道水聲測試系統軟件,可以實現對發射聲源級、發射電流響應、發射電壓頻率響應和接收靈敏度等參數的測量和計算3柜中并實現系統工作原理系統采用基于PXI體系結構的虛擬儀器測控方案,將PXI設備、示波器、工控機、顯控單元、功放、濾波放大器以及驅動和電源安裝在標準機柜中并實現系統集成,其系統工作原理如圖2所示。工控機通過外掛式零槽控制器與PXI設備進行通信測試時,將被測水聽器固定于升降回轉桿上放入水池中,同時放入相應頻段的標準水聽器和發射換能器,構成收發回路。PXI系統發出指定形式的信號送到功放中進行放大后由換能器發射出去;水聽器接收到信號后進行調理放大,送到示波器進行監測,當滿足測試要求時由PXI系統進行采集存儲和處理,得到要測試的各個參數4系統設計4.1優化系統電源輸出接口中頻測試系統集成設計的示意圖如圖3所示。系統的供電通過外部的220VAC、50Hz和380VAC、50Hz電源供給,進入系統前首先通過專門配置交流濾波器進行電源質量改善,然后由總電源開關控制系統電源的通斷,再通過PDU上電單元,給系統提交流電源輸出接口并配置過流保護裝置,最后通過普通的交流電源線與機柜內部其他設備物理相連,實現機柜內部電器的供電功能。由工控機實現對PXIe機箱中各設備、示波器、2臺直流電源和濾波放大器的程控。將工控機與阻抗分析儀連接,通過軟件實現阻抗的自動測量。回轉裝置程控的功能主要是實現工控機與回轉裝置的程控連接,控制回轉裝置的旋轉、升降動作,并可實時讀取其位置信息4.1.1發射分系統設計發射分系統的工作原理如圖4所示,主要由程控信號源、功率放大模塊、換能器和電壓/電流監視模塊等組成4.1.2檢測系統組成接收分系統的工作原理如圖5所示,主要由中心計算機、PXI數據采集控制系統、檢測示波器、程控濾波放大器、標準水聽器和被測水聽器組成。水聽器接收到的信號送到程控濾波放大器進行放大濾波,處理后的信號送到檢測示波器進行檢測,當信號滿足測試要求時用PXI系統進行采集存儲和后續的運算處理4.1.3信號發射部分信號適配箱安裝在測試機柜中,用來實現機柜內各設備間的信號轉接。適配箱應具有良好的屏蔽設計,防止信號互相干擾。中頻適配箱安裝在中頻測試系統機柜中,主要完成不同信號的轉接。中頻適配箱實現的信號轉接關系如圖6所示。對于信號發射部分,16路模擬輸出卡的輸出信號經過中頻適配箱轉接后輸入功放進行功率放大,之后驅動換能器工作;同時,為了便于系統對輸出信號進行監視,將功放輸出的8路電流電壓信號經中頻適配箱轉接后輸出給數據采集模塊PXIe,實現對輸出信號的電流電壓監視對于信號接收部分,來自水聽器的32通道測量輸入信號可通過2種方法進行數據采集。方法1:將其中16路測量輸入信號由16通道濾波放大器濾波后輸入至中頻信號適配箱進行轉接,再由PXIe模塊進行數據采集,另外16路測量輸入信號直接由適配箱轉接后進行數據采集。方法2:32路測量輸入信號不經過濾波器而直接經過中頻信號適配箱轉接后由PXIe模塊進行數據采集4.2高頻試驗系統的設計高頻測試系統集成設計的示意圖如圖7所示。4.2.1接收和接收系統的設計高頻測試系統發射和接收分系統的工作原理與中頻系統類似,這里不再介紹。4.2.2數據采集模塊高頻適配箱實現的信號轉接關系如圖8所示,高頻適配箱主要完成不同信號的轉接工作。對于信號發射部分,波形發生器的輸出信號經過高頻適配箱轉接后輸入;功放進行功率放大,之后驅動換能器工作;同時,為了便于系統對輸出信號進行監視,將功放輸出的電流電壓信號經高頻適配箱轉接后輸出給數據采集模塊。對于信號接收部分,來自水聽器的測量輸入信號經濾波放大器濾波放大后輸入至高頻信號適配箱進行轉接,再由PXIe模塊進行數據采集。5數字化測量系統功率放大器的設計多通道測試系統是基于通用儀器和板卡相結合的系統集成設計思路,系統設計所需儀器和板卡種類較多。系統中的濾波放大器和示波器等均采用通用儀器,信號源采用海泰公司HTPXI-4685模擬輸出卡和HTPXI-3730A任意波形發生器,數據采集電路選用NI公司的采集卡進行數字化測量系統需要對發射電路的輸出電流電壓進行實時監控,并且要求功率放大器具有輸出阻抗匹配功能。鑒于設計的特殊需求,決定在國內定制功率放大器,實現輸出阻抗匹配以及電流電壓測量功能。定制功放可在系統中直接使用,在確保系統功能實現的同時也兼顧了使用的便利性。6可視化應用和可擴充式合成有利于提高測量結果的測量水平該多通道水聲自動測試系統采用通用