NI测控技术在水下声波测控中的应用

　　水下声波测控系统由水下声学传感器基阵、基阵控制台、前置放大器、高速信号处理设备、稳压电源模块、NIPXI模块化仪器等构成。声学换能器将声波信号转换为电信号,经过数据采集、信号分析,确定声源的方位、距离、尺寸及其运动速度等参数。

　　1 基于NI虚拟仪器技术的硬件架构

　　依据系统的测试方案,测控系统所需功能比较多,如绝缘检查、电源监测、数据采集、数据记录及回放、数据通讯、仪器设备控制、测试报告生成等;系统所测量的数据分散,分布在多个通道;需要测量的信号类型多样,有直流信号、脉冲信号、数字信号等,信号幅度亦有很大差异;系统要求运算速度高,测量精度高和测试效率高。所以,本测量系统选用了业界主导的PXI总线结构,选用了NI PXI-1042八插槽箱体。50路声学传感器信号经过前置放大、滤波、移相后由高速信号处理,线性隔离和通过水密电缆,将32路模拟量并行连接到两块NI PXI-6040E多功能数据采集卡上; PXI-6040E通道为12位精度, 16路单端/8路差分模拟输入,现采用单端输入方式;同时12路数字量信号经水密电缆并行连接到数字I/O采集模块NIPXI-6527;用RS485串口模块NI PXI-8421设定高速信号处理的工作参数,如开关切换、信号增益等;用RS232串口模块NIPXI-8420控制测试转台的方向、转速、角度等相关参数,同时接收转台的数据信息,以适用于全向测量不同要求的声源信号;NI PXI-4060数字万用表和NIPXI-2530多路开关组合用于控制开关电源,测量线路绝缘并实时监测电源的电压、电流参数(图1)。

　　2 系统软件设计

　　本系统的LabVIEW程序中,前面板用来建立真实仪器仪表的操作面板。前面板上有输入参数的控制量和显示输出结果的指示量或相应波形;在框图程序中,用数据流的连线连接前面板上控制量、指示量及各种函数的节点,从而实现仪器所要完成的功能(图2)。

　　2.1 系统自检

　　该部分用于对系统各个部分进行校验,通过在测试通道端加电压信号、电阻、以及不同频率的正弦波以判断硬件模块和软件功能工作是否正常。

　　2.2 绝缘检查及故障报警

　　因为测试系统主要用于测量水下声波信号,因此,绝缘检查是一个必不可少的环节,以确保每根芯线对壳体绝缘。本系统采用PXI-4060数字万用表和PXI-2530多路开关组合测量,直接生成系统的绝缘测试报告;及时有效的报警并做好相应的处理。

　　2.3 设备监控

　　本系统采用RS485两线半双工通讯方式,设定高速信号处理组件的工作状态参数,同时通过RS232实时地读取控制转台的状态,并记录相关数据。

　　2.4 数据显示与保存