基于凌华PCI-9846高速数字化仪的复杂超声场自动检测与分析

　　根据超声辐射场测量和分析的需要，分为测量模块和分析模块。测量功能模块包含有上位机控制平台和数据实时处理平台。在综合分析平台中根据声场描述的需要，将采集到的电信号，转换成声压或声强值，并且将转换的值投影到对应的采集区域，采用可视化技术直观显示声场分布的变化规律。

　　进行自动测量最主要的是运动控制模块，数据采集控制模块。运动控制模块和采集模块的功能是与下位机DMC2410四轴运动卡和信号采集单元通讯，通过硬件组件提供的动态连接库DLL，向运动控制卡和数字示波器发送或提取需要的信息，驱动X、Y、Z轴步进电机运动，达到快速准确测量的目的。因此该模块的一端与硬件提供的动态链接库的DLL相连，能够从硬件系统中获得软件系统所需要的信息，如超声接收传感器的位置信息，即机器人X、Y、Z 轴的位置坐标，和采集到的超声波信息，并把信息进行基础的处理后传送给显示输出模块进行显示和输出，其原理框图如下图3-3所示。在进行数据结构和软件框架的设计上，要考虑人机界面友好，硬件控制和纠错功能要完善，还包括数据显示模块，数据可视化模块等。

　　4．系统功能实现

　　系统功能按照上述设计方案全部实现，按自动采集定位控制及信号采集分析分别分两步实现。根据实际测量的需要，根据功能不同分为四个部分，水听器定位，单轴扫描，三维扫描和声谱分析控制平台。

　　数据采集模块是该系统的核心，该模块的开发要首先下载凌华科技科技提供的PCI-9846H相关的LabVIEW支持函数库，并加载到LabVIEW工具库中（见图4-1），然后可以很方便的与原工具一样编制采集程序。实现了4通道数据的高速采集模块，并实现了该模块内置的在线观察预处理功能，如多参数滤波器、功率谱、频谱分析与幅值、频率等参数的测量（见图4-2）。同时该模块还实现了多种时域、高阶谱、短时傅里叶变化与小波等分析方法，可以对采集到的信号根据需要进行以上预处理，并进行同步三维显示，然后传到后面的三维声场自动分析模块进行建模分析。该模块可以作为单独的4通道超声信号采集与分析使用，可以将数据以文本、数据文件格式存储，也可以将存储的数据回放分析。将该模块作为一个LabVIEW超声信号采集类使用，将其植入相应的数据节点，用于后面的综合分析。

　　实现直线扫描运动控制，平面扫描运动控制，和三轴立体扫描空间运动控制，以一步一停的运动方式逐点采集数据。可以快速将传感器移动到需要采集的区域，然后从以上信号采集功能模块的数据节点读取数据，观察传感器所在位置的电信号变化，并定量判断该点的声压值。声场自动定位定位功能模块的参数控制面板见图4-3。

　　单轴扫描，三维扫描和声谱分析软件，是测量声场空间分布和时频特性的专用软件。单轴扫描可以显示在X，Y，Z方向上每个测量点的声压或声强沿直线方向的分布曲线图，通过与设计的各轴向声场分布理论值比较，可快速对超声换能器的性能作出评估。

　　三维扫描软件能详细描绘整个三维空间和XY，XZ，YZ平面上的声场分布的情况，由于空间分辨率高，可以显示平面上的微小变化，通过不同声压或声强与颜色的对应关系，可以直观看出声场在空间的变化规律，为研究和工程人员提供可靠精确的分析途径，其应用界面见图4-5、6。

　　频谱分析采用离散傅里叶变换，对采集的声场电信号处理。利用频谱分析方法可研究高频超声信号的频域分布（见图4-6），对超声场全面了解，也是换能器性能测定的重要指标。