传感器设计报告..docx

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1、传感器与测试技术课程设计报告设计课题: 典型加工过程的机械量传感器测试电路设计专业班级：开放教育学院姓名： 指导教师：杨设计时间：2023 年 6 月 7 日10目录1. 内容摘要.3 页2. 引言.3 页3. 测量原理以及软硬件设置.7 页4. 实施方案.13 页5. 不确定度分析.19 页6. 结论.21 页7. 致谢.22 页8. 参考文献.22 页摘要传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息， 按肯定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和掌握等要求。它是实现自动检测和自动掌握的首要环节。换能器为传感器的一种。从其

2、名字上不难看出，换能器是完成能量准换的器件！ 我们本次设计主要争论的是水声换能器，是将声电进展转换的一种传感器 .本论文主要表达的是利用水生换能器的特性，利用各种部件模拟一套利用信号发生 源，放射放大器，以及压电陶瓷传感器，示波器，GPIB 总线系统和 PC 终端机构成一个自动化传感器测量系统。其中测量过程为：通过信号源放射电压信号， 通过水中传播，通过水听器水声换能器的测量结果进过 GPIB 总线的传输， 到达 PC 机终端。进过演算和测量从而求出其灵敏度和不确定度1. 引言1.1 目前水声换能器的前景地球外表积的 71%是海洋，海洋里隐藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和进展的其次

3、个空间。而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不行缺少的组成局部。声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播，遇到目标后反射回来再进展接收，转变为电信号供收听或观看，由此来推断被测物体的方位和距离。在这个水下电声信号的转换过程中，关键设备就是水声换能器或是换能器阵。1. 水声换能器的应用目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等很多领域。这里仅介绍几种在水下探测方面的应用：（1） 在测深方面的应用：为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳；特地的航道检测船只都

4、配备精度高、功能齐全的测深仪。依据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。以频率范围在 10kHz200kHz 的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。对这类换能器的要求是波束稳定、主波束锋利。（2） 在定位和测距方面的应用：测量航船对地的航行速度，大多承受多普勒声纳，利用四共性能一样的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。一般工作频率在 100kHz500kHz。（3） 在海洋考察和海底地层勘探方面的应用：海底地质调查主要承受低频大孔径声纳。拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。水中成像方面，通常

5、承受高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底放射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会消灭亮度不同的图像，由于工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到 500 千赫。1.2 水声换能器的测量的目的及意义计量具有传递特性的，它是以传递量值为目的的测量。而测试通常是无传递特性的，它是以确定某种产品技术指标和性能或定量描述某物理现象为目的的测量，该论文就是主要测试水声换能器接收器的灵敏度。1.3 水声换能器测试方法现状水声换能器测试方法的典型代表是比较法，由于此法所用仪量仪表少、测量

6、步骤少、测量程序简洁，因而产生误差的来源要少一些，所以在水声测量中，此法应用的比较广泛，当此法只承受一个标准换能器进展比较时，其校准精度要比参考标准的原校准精度要低一些，并且在实践中，还可检查出所用的标准换能器是否失效，在此校准中，通常承受标准水听器作比较，而尽量不用标注放射器作比较。2. 水声换能器测量的原理和方法2.1 水声换能器的主要参数水声换能器的主要性能指标有；水中工作频率、工作频率范围、频带宽度、放射声源级声功率及放射响应、指向性、接收灵敏度及接收灵敏度响应、放射效率、品质因素、阻抗、最大工作深度、尺寸和重量等。其中：(1). 工作频率水声换能器的工作频率或工作频率范围通常是由声纳

7、设备的工作频率确定的。换能器的阻抗、指向性、灵敏度、放射功率、尺寸等都是频率的函数。一般说来，对放射换能器要计算它在谐振频率上或在谐振频率四周有限频带内的性能指标，在这个频率及其四周有最大的放射效率。对于宽带接收换能器压电换能器谐振频率应远高于接收频带的上限，以保证宽带内有平坦的接收响应且要计算它在谐振频率及其以下频段内的接收响应。大型低频声纳换能器的频率在数十赫到数千赫，而小型目标探测声纳换能器在数十千赫到数百千赫。(2). 指向性不管是换能器还是换能器阵，它们的放射响应或接收响应会随着相对于它们的方向转变而变化。这就是换能器具有指向性，放射换能器放射的声波如同探照灯射出的光束一样。由于换能

8、器具有指向性就可以把声能聚拢到某个方位放射，使能量更加集中。承受很多换能器组成尺寸更大的基阵，在一样的频率上指向性更加锋利，能量更加集中，放射的距离更远，在接收状态下信噪比更大，作用距离也越远。(3) 阻抗或导纳特性换能器在谐振频率四周可以看成一个简洁串并联的等效电路。电路中的每一个电阻、电容或电感表示该换能器固有特性，这就是换能器阻抗或导纳 特性。把握了换能器的阻抗特性才能使它与放射机的末级回路或接收机的输入电路相匹配。换能器的阻抗或导纳是一个复数，它是频率的函数，一般可表示成：Z(w)=R(w)+jX(w) 单位：欧姆。在机械共振时动态无功抗趋于零，静态容抗可用匹配电感调谐此时可以把它看成

9、一个纯阻。压电换能器电阻抗一般在数十欧姆到数千欧姆的范围内。(4). 放射功率放射换能器的功能是将电子放射机的电功率转变为机械振动的机械功 率，再把机械功率转变为声功率放射出去。放射声功率是指换能器在单位时间内向介质中辐射能量多少的物理量，功率的单位用瓦表示。换能器的放射功率受额定电压或电流、动态机械强度、温度及介质特性等因素的制约。(5) 放射响应能够全面反映放射换能器性能指标的是放射响应，主要有放射电压响应和放射电流响应。放射电压响应 SV 的定义是指放射换能器在指定方向上离其有效声中心 d0 米距离上产生的自由场表观声压 Pf 与加到换能器输入端的电压 U的比值：SV=Pfd0/U。放射

10、电压响应通常用分贝表示。放射电流响应是指放射换能器在指定方向上离其有效声中心 d0 米距离上产生的自由场表观声压 Pf 与加到换能器输入端的电流 I 的比值：SI=Pf d0/I 。放射电压响应通常用分贝表示。(6). 接收灵敏度换能器的自由场电压灵敏度指的是接收换能器在入射声波的作用下，输出端的开路电压 U(w)与自由场中假设接收换能器不存在时它的声中心所在点的声压 Pf(w)的比值 M(w)。对于接收换能器而言，需要在很宽的频率范围内接收入射声信号，而压电换能器通常是在低于谐振频率的宽频带范围内工作。(7)接收灵敏度的起伏宽带接收换能器要求在使用的频范围内有比较平坦的接收响应。通常规定在工

11、作频段内接收电压灵敏度起伏量为1.5dB。2.2 程控接口2.2.1 IEEE488 接口GPIB 接口GPIB 接口于 1965 年首先由美国 HP 公司设计推出。开头主要用于该公司自己生产地仪器与计算机之间地连接，被命名为 HP-IB。由于该接口当时地高传输速率 1MB/S，很快在测量领域流行起来，最终被吸纳为IEEE 标准 488-1975，并进一步被接纳为ANSI/IEEE 标准 488.1-1987，GPIB 则是比 HP-IB、IEEE488更为流行地叫法。 今日， GPIB测试技术有了长足地进展， ANSI/IEEE488.2-1987 标准更严格地定义了掌握器与仪器之间地通信方

12、式；在GPIB 总线标准根底上进展起来的VXI 总线测试系统更是代表了仪器测试技术进展的潮流。GPIB 接口的问世使得自动化测试中仪器得互连有了统一得标准，推动了仪器制造业的技术进展，在以后的 20 年间，各种带标准接口的测试仪器如雨后春笋般涌现出来，使检测人员能够轻而易举的组成各种功能强大的自动化测试系统。2.2.2 接口功能在接口系统中，为了进展有效地信息传递，一般要包括三种根本地接口功能要求，即讲者、听者和控者。控者是对系统进展掌握的设备，能治理 GPIB 上的通信，使系统按适当的命令正确运行。它能发出接口消息，如各种命令、地址，也能接收仪器发来的恳求和信息。讲者使发出装置消息的设备，即

13、能输出数据。在一个系统中可以有一个或多个讲者，但在任一时刻只能有一个讲者工作。听者使接收讲者所发出的装置消息的设备，从GPIB 接收数据。在一个系统中可以有几个听者，且可以有一个以上的听者同时工作。在一个GPIB 系统中至少应当具有一个讲者功能和一个听者功能，以便传递信息，在自动测试系统中还应具备控者功能。一台仪器可具有上述一、二或三个功能。接口消息是指用于治理接口系统的消息，它只能在接口功能及总线之间传递，并为接口功能所利用和处理，而绝不允许传递到装置功能局部去，装置消息在装置功能间传输，并由装置功能所利用和处理，它不转变接口功能的状态。2.2.3 VISA 掌握技术VISA 是一种用于仪器

14、程控的标准 I/O 应用程序接口API，VISA 本身不供给仪器程控力量，它是一种调用低级驱动程序的高级应用编程接口。NI-VISA 的层次构造如图 2 所示:VISA 可以依据所用仪器的类型调用适当的驱动程序，以实现对 VXI、GPIB 或串口仪器的掌握。应用 VISA 的理由：VISA 是标准。VISA 是整个仪器工业做仪器驱动程序的标准 API。可以利用一个 API 来掌握一系列不同类型的仪器，如 VXI、GPIB 和串口。接口无关性。VISA 利用同样的操作来与各仪器进展联系，而不必考虑接口的类型。例如为实现向一个消息基仪器写一个 ASCII 字符串而承受的命令都是统一各，而不管这个仪

15、器是串口、GPIG 或是 VXI。因此，VISA 供给了接口无关性。这使得在各个总线接口间得切换变得更加简洁，同时这也意味者使用者只需学习一个 API 即可实现仪器针对不同接口的编程。平台无关性。VISA 被设计为利用 VISA 函数调用实现的程序，可以很简洁地从一个平台转到另一个平台。为保证平台无关性，VISA 严格定义了自己地数据类型。这便保证了诸如一个整型变量的大小是几个字节这样的问题，不会影响一个 VISA 程序从一个平台成功转移到另一个平台。VISA 的函数调用及相关参数在不同平台上都是一样的。软件可以被转移到其他平台并重编辑。一个LabWindows/CVI 的程序可以被转移到任何

16、支持 LabWindows/CVI 的平台上。与将来相适应。VISA 的另外一个优点是它面对对象的 API，会很简洁地与将来将消灭的仪器接口相适应，从而保证了会比较简洁地将一个应用程序移植到一个的接口。2.2.4 ActiveXActiveX 是一种软件组件，它可以插入到很多不同的程序中，并被当作程序的一局部来使用。ActiveX 技术建立在微软的 COM组件对象模型技术上，并使用 COM 接口和交互模型使其完全无缝地集成。COM 技术规定了构建ActiveX 对象的方式和设计 ActiveX 接口的方式。ActiveX 中最关键的技术之一是自开工作，而不需要程序员在使用 ActiveX 时对

17、其内部进展修改。ActiveX 自动化是一种能将单个应用程序和其他应用程序结合在一起的方法。也就是说，效劳器端应用程序就是一个效劳供给者，客户端应用程序访问效劳器内部并设置效劳器应用程序的属性。微软的 OFFICE 就是 ActiveX 自动化效劳器，任何一个客户端应用程序都能与之链接并要求自动化效劳器打印.doc 文件等效劳。2.3 水声换能器测量原理承受间接比较法测量被测传感器其的灵敏度,在实施测量时，水声器必需放置离放射器声场的远区中，为了测量精度，要求标准水听器与放射器的远场球面波的波面相割的弧形面足够小，以至于可以为此弧面上的波跟平面波相差无几。假设待校水听器的尺寸与标准水听器的尺寸

18、大很多，比方待测水声器为直径大于 1 米的水听器基阵，而标准水听器通常多是小于 10 厘米的小球或小柱，这样两者的远场条件所要求的测量距离相差很大，这种状况下，需待测水声器与标准水声器先后置于两个不同的距离上进展比较，现在图 1 中，两水听器处于两个不同的距离，这两者的远场条件所要求的测量距离也相差较远，也需待测水声器与标准水声器先后置于两个不同的距离上进展比较，由于他们都处在同一放射器的远场中，按球面波的波面扩展规律，则有公式：M2 = V 2P2P1D1(式 1)在式 1 中，M2 为被测传感器灵敏度，V1、V2 分别为标准传感器与被测传感器的输出电压，P1、P2 分别为标准传感器与被测传

19、感器的压强，M1 为标准传感器的灵敏度。在实施测量之前，还应做好如下一些预备工作。首先应对所用的三个换能器的表图 1 水声换能器测量系统面进展清洗，特别是换能器的工作外表应清洗干净并涂上浸润剂，以保证换能器放入水中，能不生气泡并与水介质间有良好的声耦合。以上预备工作和检验工作全部完成后，便可按所需校准频率范围逐一频率实施测量，即在每个频率上分别测出V1 和 V2。为了削减测量时的偶然误差， 在每个频率上应进展屡次测量。当没有高精度的电压表供给测量使用时，国标GB3223-82水声换能器自由场校准方法中还推举使用标准衰减器的方法。3. 测量系统以及汇编程序系统设计与论证3.1 测量系统所谓自动测

20、试，就是对争论对象的整个测试过程，包括数据采样 、分析和数据处理计算，以及测试结果的显示输出都是在计算机统一掌握下完成的。而实现某种测试任务的自动测试设备的总体就称为自动测试系统，简称ATS。这里完成成测试工作的一切操作，都是在计算机掌握下完成的。人的作用仅限于编制必要的测试程序或做一些必要的动作，如开机、插被测件等等，极为简洁。信号源示波器计算机功率放大器标准传感器放射传感器被测传感器水生换能器硬件构成图3.2 自动化测量系统3.2.1 自动化测试系统的特点（1） 测试速度高自动测试是在计算机依据事先编好的程序指挥下自动进展的，其测试速度可比常规人工测试快 50150 倍。（2） 测试准确度

21、高（3） 测试功能多、力量强（4） 自动测试可以自动切换量程，同时由于每次测量都是按严格的同一程序进展，因此可以实现高度重复性的测量。（5） 具有多样化的显示、记录测试结果的方式。（6） 自动测试系统一般都具有对测试数据的自动分析、推断或处理力量， 还可通过软件进展数据的统计分析和测量域的变换，极大地提高了测试域的敏捷性。（7） 自检自校自诊断，这也是自动测试系统的特点之一。（8） 操作便利、节约人力。自动测试绝大局部高技术工作都由计算机完成。 3.2GPIB 总线GPIB 标准接口总线作为一个国际标准，他具体规定了接口在机械、电气和功能三方面的有关要求和标准，保证了系统仪器相互连接的兼容性。

22、GPIB 把实现自动测试的掌握所必需具有的规律功能概括为十种接口功能，不同的装置可按需选择，同时还为制造厂和用户供给了一套设计与 GPIB 接口总线相兼容的仪器接口的状态图，用状态图来表达每一种接口功能的各个状态之间的规律关系，比较形象直观，可以保证每一种接口功能的正确实现。GPIB、VXI、PXI 是自动测试系统标准总线，GPIB 以性能稳定、操作便利、价格低廉赢得用户的认可。这里选用了 GPIB 作为测试系统的总线。GPIB 接口为 82357B，使用它的缘由是： 构造紧凑重量轻，便于携带，制成尺寸比一般型还小，它已变得更轻，从而提高了机动性。 数据保存在软盘上，设定数据和测量数据都可以保

23、存在软盘上。测量数据经由所连接的 512KB SRAM 矛以保存，以进牢靠性。利用附件的数据转换软件可将数据变到 Excel 或 Lotusl-2-3 软件界面。 友好的 PC 届面丰富的 PC 软件使以 PC 机为根底的数据采集环境得以敏捷地配置。 通用的输人各通道相互隔离的输人区域承受一个信号校正器功能件，它会普遍地检测电压，热电阻，触点等各种不同的输人信号 。 输人点的数目：1 个或 20 个通道可选择 输人类型：DC 电压，热电偶和热电阻 通信模式：经由 GPIB，RS-232 或以太网接口 检测周期：2 至 60 秒 记录周期：最短 2 秒 记录功能 ：10 色打点记录,有效记当宽度

24、 150 毫米 显示：VFD 显象 57 点 57 阵，三数字显示 存储器：3.5 时软盘驱动器动器3.3 编程系统 VB3.3.1 VB 简介vb 是 Visual Basic 的简称，是由美国微软公司于 1991 年开发的一种可视化的、面对对象和承受大事驱动方式的构造化高级程序设计语言，可用于开发Windows 环境下的各类应用程序。它简洁易学、效率高，且功能强大可以与Windows 专业开发工具 SDK 相媲美。在 Visual Basic 环境下，利用大事驱动的编程机制、颖易用的可视化设计工具，使用 Windows 内部的广泛应用程序接口API函数，动态链接库DLL、对象的链接与嵌入O

25、LE、开放式数据连接ODBC等技术，可以高效、快速地开发 Windows 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。3.3.2 VB 的特点3.3.2.1 面对对象VB 承受了面对对象设计思想，它根本思路是把简单设计问题分解为个个能够完成独立功能 相对简洁对象集合。所谓 “对象”就是个可操作实体如窗体、窗体中命令按钮、标签、文本框等面对对象编程就似乎搭积木样 员可依据和界面设计要求直接在屏幕上 “画“出窗口、菜单、按钮等区分类型对象并为每个对象设置属性。3.3.2.2 大事驱动在 Windows 环境下是以大事驱动方式运行每个对象的都能响应多个区分大事，每个大事都能驱动段代码 大事过程该代码

26、打算了对象功能通常称这种机制为大事驱动大事可由用户操作触发也可以由系统或应用触发例如单击个命令按钮就触发了按钮 Click( 单击)大事该大事中代码就会被执行假设用户未进展任何操作 (未触发大事 )则就处于等待状态整个应用就是由彼此独立大事过程构成。3.4 仪器仪表功能介绍3.4.1 信号发生器信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波含方波 、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路试验和设备检测中具有格外广泛的用途。例如在通信、播送、电视系统中，都需要射频高频放射，这

27、里的射频 波就是载波，把音频低频 、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或 高或低的振荡器。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：（1） 用分立元件组成的函数发生器： 通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。（2） 可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用特地的函数信号发生器 IC 产生。早期的函数信号发生器IC，如 L8038 、BA205 、XR2207/2209 等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz ，无法产生

28、更高频率的信号，调整方式也不够敏捷，频率和占空比不能独立调节，二者相互影响。（3） 利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，到达较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了一代函数信号发生器ICMAX038 ，它抑制了 2中芯片的缺点，可以到达更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。 MAX038 频率高、精度好，因此它被称为高频周密函数信号发生器 IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上， MAX038 都是优选的器件。（4） 利用专用直接数字合成芯片的函数发生器：能产生任意波形并到达很高的频率。但本钱较高。产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大

29、类：正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频 20 赫至 10 兆赫信号发生器、高频 100 千赫至 300 兆赫信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。函数波形信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动掌握系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系

30、统的性能。3.4.2 传感器人们为了从外界猎取信息，必需借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在争论自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种状况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是： “能感受规定的被测量并依据肯定的规律转换成可用信号的器件或装置”。简洁地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。通常由敏感元件、转换元件和测量电路三局部组成。1)、敏感元件是指能直接感受或响应被测量的局部，马上被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。2） 、转换元件则将上述非电量转换

31、成电参量。3） 、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进展显示、记录、掌握和处理的局部。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按肯定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和掌握等要求。它是实现自动检测和自动掌握的首要环节。3.4.2.1 传感器的分类1.电阻式传感器 2.电阻应变式传感器 3. 压阻式传感器灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。是指稳态时传感器输出量 和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用 S 表示为：SYX它是输出一输入特性曲线的斜率。假设传

32、感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 S 是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化 1mm 时，输出电压变化为 200mV ，则其灵敏度应表示为 200mV/mm 。当传感器的输出、输入量的量纲一样时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄， 稳定性也往往愈差。3.4.3 示波器示波器是一种用途格外广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们争论各种电现象的变化过程。示波器 利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就 可产生

33、细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就似乎一支笔的笔尖， 可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观看各 种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量， 如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。在电子实践技术过程中，常常需要同时观看两种或两种以上信号随时间变化的过程。并对这些不同信号进展电参量的测试和比较。为了到达这个目的， 人们在应用一般示波器原理的根底上，承受了以下两种同时显示多个波形的方 法：一种是双线或多线示波法；另一种是双踪或多踪示波法。应用这两种方法制造出来的示波器分别称为双线或多线示波器和双踪或多踪示波器。3.4.4 声放射传感器声放射传感

34、器又称为声放射换能器，是声放射检测系统的重要局部， 是影响系统整体性能重要因素。声放射传感器设计不合理，或许使得承受 到的信号和期望承受到的声放射信号有较大差异，直接影响采集到的数据 真实度和数据处理结果。在声放射检测中，大多使用的也是谐振式声放射 传感器和宽带响应的声放射传感器。声放射传感器的主要类型有：高灵敏 度声放射传感器，是应用最多的一种谐振式声放射传感器；宽频带声放射 传感器，通常由多个不同厚度的压电元件组成，或承受凹球面形与楔形压 电元件到达展宽频带的目的；高温声放射传感器，通常由铌酸锂或钛酸铅 陶瓷制成；差动声放射传感器，是由两只正负极差接的压电元件组成的， 输出相应的差动信号，

35、信号因迭加而增大；此外，还有微型声放射传感器、磁吸附声放射传感器、低频抑制声放射传感器和电容式声放射传感器等。3.4.5 功率放大器功率放大器，简称“功放”。很多状况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否供给良好的音质输出。高频功率放大器用于放射机的末级，作用是将高频已调波信号进展功率放大，以满足发送功率的要求，保证在肯定区域内的接收机可以接收到满足的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的

36、比值就是放大器的动 态范围。实际运用时，该比值使用 dB 来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于 90 dB 。信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。我们使用的是 5 W 输出 RQA0002 的高频功率 MOSFET，用于电源信号的传输功率放大。RQA0002 的主要特性如下：(1) 在低电压下实现高效率RQA0002，可以供给 5 W 输出下的业界最高效率水平，功率附加效率是68% (7.5 V 工作电压和 520 MHz 频率下)。与瑞萨科技从前的 12 V 下工作的放大器相比，功率附加效率

37、增加了大约 4%，同时降低了电压，并实现了高达9 W 的输出功率。(2) 小型、薄型、无引线、无铅封装WSON0504-2 的尺寸为 5.0 mm 4.0 mm 、厚度为 0.8 mm (最大值) ，它的 (瑞萨科技的封装代码) 的安装面积比瑞萨科技目前的 RP8P (瑞萨科技的封装代码) 封装约减小了 31%，厚度小了大约 46% 。RQA0002 通过使用这种封装，成为了业界最小、最薄的 5 W 输出高频功率 MOSFET。仪器软件线内部总外部插件架仪器插件仪器插件3.4.6 PC 机终端PC 构造图一种设计用于个人使用的计算机。个人计算机不需要共享其他计算机的处理、磁盘和打印机等资源。P

38、C (Personal Computer)，个人计算机一词源自于 1978 年 IBM 的第一部桌上型计算机型号 PC，在此之前有 Apple II 的个人用计算机。能独立运行、完成特定功能的个人计算机。个人计算机不需要共享其他计算机的处理、磁盘和打印机等资源也可以独立工作。今日，个人计算机一词则泛指全部的个人计算机、如桌上型计算机、笔记型计算机、或是兼容于IBM 系统的个人计算机等。3.2 传感器灵敏度自动测量系统的手动测量和自动测量相比，手动测量既费时又费力，但是手动测量是自动测量的根底，它是检验自动测量是否准确的标尺，再者，手动测量也是检验仪器仪表是否正常工作的保证，也为自动测量供给了准

39、确测量的前提条件， 所以在进展自动测量之前，我们要先进展手动测量的工作。手动测量要先检查仪器仪表的工作状态，然后在进展操作，测量统计数据，推论被测传感器的灵敏度。3.2.1 检查仪器仪表工作状态（1） 传感器局部要测试本设计局部对传感器的电源供电状况，看是否可以驱动传感器工作；是否到达 +5V，测试结果为：在接入电路前通过电路负载引入的为+5V，但参加负载后只有 3.72V ，故为了到达设计传感器局部的驱动电压， 直接+5V 电源引入驱动电压。传感器的输出电压为4.2mV 。（2） 示波器局部调整各个按钮，观看示波器是否可消灭两条波形稳定清楚的正弦波（3） PC 掌握局部此局部由于电路由于要和

40、软件严密的结合调试才可以知道其是否具有可行性的，所以在软件调试局部进展说明。（4） 电源局部按设计要求本设计要供给二个不同的电压源和一组正负供电电源。故对电源的设计要求比较高。在设计之初，承受两个整流管的变压整流共地的接法制作电源，根本没有电压输出，且整流管快速发热，很简洁烧坏电路。检查觉察，此时短路，元件产生大量的热，所以导致元件发热。改为一个整流管的接法，进展电源制作，可以得到我们所需要的电源，但也存在一点误差， 和我们所需要的标准电源值相差 2%到 5%，可以使用。此时先得到我们需要的正负 24V 电源。由于本设计需要的还有 9V 和 5V 的电源，在 W7824 后，在接入 W7809

41、 和 W7805 分别得到 9V 和 5V 的电源。3.2.2 手动操作调整信号源，输出标准正弦波信号，信号通过功率放大器传输到放射传感器，发生传感器将电信号转变成声波在水中传播，分别被标准传感器和被测传感器接收，并转换成电信号传到示波器，调整示波器，使荧光屏上消灭两个波形稳定的信号源，读出电压值并记录，重复上述操作5 次， 依据统计出的电压值计算灵敏度，僵持灵敏度记录保存，为自动测量的灵敏度供给参照。4 实施方案4.1 水声换能器灵敏度测量系统的软件水声换能器灵敏度自动化测量系统的软件是系统另一个重要的组成局部。它融数据采集、设备掌握、信号处理与分析、结果显示与输出为一体，有友好的用户界面，

42、对示波器、电源信号的操作均可在用户界面上完成。软件的主要任务是掌握、测量、存储及打印。测量软件首先要完成的一个任务是测量指令发送功能。能够实时采集测量数据，并且可以自动调整量程-即信号过大或者过小时，软件可以依据实际状况自动选择示波器的量程，同时可以依据测量状况自动转变电源信号的设置。测量软件要完成的另一项任务就是水声换能器的灵敏度及不确定度的测量、计算和显示。本系统的软件能够自动掌握示波器的量程，实时显示正弦曲线，全部的测量参数都可以以文件的形式保存在硬盘上，可以随时翻开查阅和打印。4.2 软件构造设计水声换能器灵敏度自动化测量系统测量软件由系统掌握、数据处理、显示存储和界面四大局部组成：a

43、. 系统掌握局部:完成对电源信号的选通掌握以及 V1、V2 的测量工程的掌握等功能。b. 数据处理局部:完成 P1、P2、M1、M2 等参数计算等功能。对于电容测量还有自动修正测量电缆所引起的误差功能。c. 数据显示与存储局部:完成测量结果的图形显示、测量结果存取等功能。d. 软件界面局部:包括功能菜单、对话框、命令按钮、图形框等元素。软件的流程见图 4 所示。注:1等待测试开头该状态用户可以输入换能器号、测试日期，其中的测试日期系统会自动将当前日期给出，但用户也可以依据需要更改。“打印”按钮可以将当前屏幕上显示的曲线、测试结果按测试报告的格式打印输出，当上此消灭如打印机卡纸等问题而造成没有将

44、测试报告打印好时能再次打印测试报告。“开头”按钮可以启动测试。“退出”按钮可以退出该测试系统。(2)采集电压值电压采集分为三步：首先调用 8111 Config 函数对数据采集卡进展初始化， 主要包含采集的电压幅度范围及基地址Base Address，分别设置为 5 和 220， 其中要留意的是 220 为十六进制；接着调用 8111 的 AI Read Channel Voltage 函数，承受软件触发的方式来采集电压值；最终调用 Release Card 函数释放板卡。为了减小误差，承受了如下的采集方法：以一度的精度进展绘图，但每一度的电压值是在这一度的时间内进展 20 次的采集而得到的平

45、均值。这样可以使曲线更加圆滑。设被测换能器的转速为 83.5 秒转，以每度一个点的采集精度则每点的间隔时间为：t1=83.51000/360=231.9ms（3） 延时这里的延时应当是每次数据采集间的时间间隔，但由于承受了 20 次采集的平均做一次显示的方法，所以每次采集的间隔为：开头检测各局部是否处于正常工作状态NY电压采集声放射传感器频率小于等于 5KNY延时PC 机对数据进展处理分析，计算被测传感器的灵敏度及其不确定度数据储存数据保存打印完毕t2=(t1-t3)/20图 4测量软件流程图其中 t3 为修正数，目的是使 t2 为整数。明显以上的 t2、t3 分别等于 11ms、11.9ms

46、。由于 LabVIEW 中的最小定时为 1ms，所以 t3 取 12。具体在程序中， t2 即为 20 次采集间的时间间隔，用Wait Until Next ms Multiple 函数实现。t3 为每 20 次采集后的等待时间（4） 数据处理1） 电压单位的转化,马上采集到的电压值(V)转换成分贝形式表示，并带入校准系数。假设利用标准换能器得到的对应关系为：M2 =V 2P2 P1D1得到以上公式后，就能在VB 程序中利用公式节点Formula Node 实现灵敏度值的计算了。2） 灵敏度及水平指向性偏差两个参数的计算。计算方法为找出360 个测试点中的最大最小值，最大值和最小值的平均值即为该换能器的灵敏度，最大值减去最小值除以二即为换能器的水平指向性偏差。（5） 数据存储依据实际测试的需要，存储的参数为以下七个：换能器号2023-N、测试频率 F(KHz) 、灵敏度 MdB、水平指向性偏差 DdB、电阻 RM、静态电容CnF、是否合格。为了能在 EXCEL 软件中读取结果，我们调用的是Write To Spread