基于Labwindows/CVI的压电水声换能器阻抗测试分析系统

　　0 引言

　　在水声换能器设计研制过程中需要对换能器及其压电陶瓷晶片进行阻抗参数的测量和阻抗特性的分析。这些阻抗参数主要包括：谐振频率、反谐振频率、品质因素、静态电容、动态电阻、自由电容、自由介电常数、机电耦合系数等等。传统的人工手动测量方式效率低，且不利于对测试数据的分析、查询和管理。本文基于Labwindows/CVI平台设计实现了一种新型压电水声换能器阻抗测试分析系统。该系统为用户提供了友好的人机界面，用户只需轻点鼠标就可完成对换能器及其压电陶瓷晶片的阻抗参数测量、对换能器带宽、机电效率等参数的计算和分析、测量数据自动记录在数据库中并可自动生成测试报告，实现测量数据、测试报告和图文报表的数字化、文档化，提高了工作效率。

　　1 系统概述

　　系统结构如图1所示。测试时，Agilent4294A与被测器件相连，通过GPIB总线接受控制计算机的测量指令，执行测量任务，并将测量数据送回控制计算机，控制计算机再按测量需求对测量数据进行整理、分析、计算、显示和保存。

　　LabWindows/CVI是NI公司推出的一种完全标准C的软件开发环境。它提供了丰富的函数库，其中包含了多种通信函数，可完成数据的采集、分析、和显示等任务;拖放式用户界面编辑器和自动代码生成工具，可以自定义用户界面，生成或运行ActiveX组件，并开发多线程程序;SQL工具包符合ODBC标准，可实现对MicrosoftAccess数据库的读写等操作。它适用于自动测试、自动控制、测试仪器通信、测试硬件控制及信号分析处理的软件开发，具有性能高、扩展性强、无缝集成、开发时间短等优点。

　　2 阻抗测试分析系统软件功能

　　2.1 概述

　　该系统具有在线和离线两种工作方式。在线方式通过GPIB总线联接工控机和Agilent4294A，用户只需操作该测试分析软件即可实现对压电陶瓷晶片和换能器的参数测量，所测量的曲线和数据实时显示在工控机屏幕上，并根据用户需求存储在数据库中。离线方式即在不联接Agilent4294A的情况下，用户可对数据库中的测试数据进行录入、查询、删除、修改等操作。

　　软件的主界面包括通信连接、初始设置、测量参数、计算程序、数据显示和图形显示六个部分。

　　通信连接：完成PC机与Agilent4292A的通讯连接。初始设置：包括常规设置、公式参数和合格范围三个按钮，分别打开对应功能的子窗口，用于对所需数据的计算公式、数据的合格范围及生成报告的表头内容进行设置。测量参数：主要用于设置测量的项目、频带及采样点数。计算程序：分别导入水中和空气中换能器的测量记录，根据国标规定计算其机声效率、电声效率和机电效率。数据显示和图形显示：数据显示部分位于界面的右上，包括显示数据的选择框和数据显示框组成;图形显示部分位于界面的左上黑色区域，用于显示测量所得的波形，及计算后得到的图形。