一種多通道噪聲自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

一種多通道噪聲自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

1多通道超聲測試方法設(shè)計噪聲通信的環(huán)境復雜，噪聲通信參數(shù)、傳播破壞和多普勒頻率波動對聲音通信產(chǎn)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(shè)備的頻段限制,可以將整個測試系統(tǒng)分為中頻和高頻2套獨立系統(tǒng)分別進行設(shè)計。多通道水聲測試系統(tǒng)用于各項水聲參數(shù)的測量和聲學裝置性能的分析研究,能夠?qū)崿F(xiàn)高速可靠精確的水聲通信數(shù)據(jù)測試。其測量項目包括:發(fā)射聲源級、發(fā)射指向性、發(fā)射軸向聲壓、發(fā)射電壓/電流頻率響應(yīng);某頻率下接收靈敏度級、接收靈敏度響應(yīng)級等參數(shù)的測量系統(tǒng)可以對以上項目進行自動化測量,測量數(shù)據(jù)直接存儲在中心計算機中,并且可以圖形或數(shù)據(jù)文件的形式打印輸出。2水下發(fā)射換能器以及測試機柜組成多通道測試系統(tǒng)的系統(tǒng)組成如圖1所示,系統(tǒng)主要由水聽器、水下發(fā)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(tǒng)軟件,可以實現(xiàn)對發(fā)射聲源級、發(fā)射電流響應(yīng)、發(fā)射電壓頻率響應(yīng)和接收靈敏度等參數(shù)的測量和計算3柜中并實現(xiàn)系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)采用基于PXI體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器測控方案,將PXI設(shè)備、示波器、工控機、顯控單元、功放、濾波放大器以及驅(qū)動和電源安裝在標準機柜中并實現(xiàn)系統(tǒng)集成,其系統(tǒng)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(shè)備進行通信測試時,將被測水聽器固定于升降回轉(zhuǎn)桿上放入水池中,同時放入相應(yīng)頻段的標準水聽器和發(fā)射換能器,構(gòu)成收發(fā)回路。PXI系統(tǒng)發(fā)出指定形式的信號送到功放中進行放大后由換能器發(fā)射出去;水聽器接收到信號后進行調(diào)理放大,送到示波器進行監(jiān)測,當滿足測試要求時由PXI系統(tǒng)進行采集存儲和處理,得到要測試的各個參數(shù)4系統(tǒng)設(shè)計4.1優(yōu)化系統(tǒng)電源輸出接口中頻測試系統(tǒng)集成設(shè)計的示意圖如圖3所示。系統(tǒng)的供電通過外部的220VAC、50Hz和380VAC、50Hz電源供給,進入系統(tǒng)前首先通過專門配置交流濾波器進行電源質(zhì)量改善,然后由總電源開關(guān)控制系統(tǒng)電源的通斷,再通過PDU上電單元,給系統(tǒng)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(nèi)部其他設(shè)備物理相連,實現(xiàn)機柜內(nèi)部電器的供電功能。由工控機實現(xiàn)對PXIe機箱中各設(shè)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(xiàn)阻抗的自動測量。回轉(zhuǎn)裝置程控的功能主要是實現(xiàn)工控機與回轉(zhuǎn)裝置的程控連接,控制回轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)、升降動作,并可實時讀取其位置信息4.1.1發(fā)射分系統(tǒng)設(shè)計發(fā)射分系統(tǒng)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(jiān)視模塊等組成4.1.2檢測系統(tǒng)組成接收分系統(tǒng)的工作原理如圖5所示,主要由中心計算機、PXI數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、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(tǒng)進行采集存儲和后續(xù)的運算處理4.1.3信號發(fā)射部分信號適配箱安裝在測試機柜中,用來實現(xiàn)機柜內(nèi)各設(shè)備間的信號轉(zhuǎn)接。適配箱應(yīng)具有良好的屏蔽設(shè)計,防止信號互相干擾。中頻適配箱安裝在中頻測試系統(tǒng)機柜中,主要完成不同信號的轉(zhuǎn)接。中頻適配箱實現(xiàn)的信號轉(zhuǎn)接關(guān)系如圖6所示。對于信號發(fā)射部分,16路模擬輸出卡的輸出信號經(jīng)過中頻適配箱轉(zhuǎn)接后輸入功放進行功率放大,之后驅(qū)動換能器工作;同時,為了便于系統(tǒng)對輸出信號進行監(jiān)視,將功放輸出的8路電流電壓信號經(jīng)中頻適配箱轉(zhuǎn)接后輸出給數(shù)據(jù)采集模塊PXIe,實現(xiàn)對輸出信號的電流電壓監(jiān)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)接,再由PXIe模塊進行數(shù)據(jù)采集,另外16路測量輸入信號直接由適配箱轉(zhuǎn)接后進行數(shù)據(jù)采集。方法2:32路測量輸入信號不經(jīng)過濾波器而直接經(jīng)過中頻信號適配箱轉(zhuǎn)接后由PXIe模塊進行數(shù)據(jù)采集4.2高頻試驗系統(tǒng)的設(shè)計高頻測試系統(tǒng)集成設(shè)計的示意圖如圖7所示。4.2.1接收和接收系統(tǒng)的設(shè)計高頻測試系統(tǒng)發(fā)射和接收分系統(tǒng)的工作原理與中頻系統(tǒng)類似,這里不再介紹。4.2.2數(shù)據(jù)采集模塊高頻適配箱實現(xiàn)的信號轉(zhuǎn)接關(guān)系如圖8所示,高頻適配箱主要完成不同信號的轉(zhuǎn)接工作。對于信號發(fā)射部分,波形發(fā)生器的輸出信號經(jīng)過高頻適配箱轉(zhuǎn)接后輸入;功放進行功率放大,之后驅(qū)動換能器工作;同時,為了便于系統(tǒng)對輸出信號進行監(jiān)視,將功放輸出的電流電壓信號經(jīng)高頻適配箱轉(zhuǎn)接后輸出給數(shù)據(jù)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(jīng)濾波放大器濾波放大后輸入至高頻信號適配箱進行轉(zhuǎn)接,再由PXIe模塊進行數(shù)據(jù)采集。5數(shù)字化測量系統(tǒng)功率放大器的設(shè)計多通道測試系統(tǒng)是基于通用儀器和板卡相結(jié)合的系統(tǒng)集成設(shè)計思路,系統(tǒng)設(shè)計所需儀器和板卡種類較多。系統(tǒng)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(fā)生器,數(shù)據(jù)采集電路選用NI公司的采集卡進行數(shù)字化測量系統(tǒng)需要對發(fā)射電路的輸出電流電壓進行實時監(jiān)控,并且要求功率放大器具有輸出阻抗匹配功能。鑒于設(shè)計的特殊需求,決定在國內(nèi)定制功率放大器,實現(xiàn)輸出阻抗匹配以及電流電壓測量功能。定制功放可在系統(tǒng)中直接使用,在確保系統(tǒng)功能實現(xiàn)的同時也兼顧了使用的便利性。6可視化應(yīng)用和可擴充式合成有利于提高測量結(jié)果的測量水平該多通道水聲自動測試系統(tǒng)采用通用