水听器全频测试仪的设计

　　随着石油勘探由陆地向浅海和沼泽地区勘探的发展，水听器的应用日益增多，生产水听器的厂家也随之增加，水听器性能测试仪的需求量迅速增长，国内外勘探施工单位对水听器的性能作定期测试分析的要求也越来越强烈[1]。 与传统测试所采用的多参数分别用多个仪器检测、数据人工汇总处理的方式相比，本测试仪具有通用性强、可靠性高等优点。 目前，本课题所研制的水听器全频测试仪已经进入试应用阶段。

　　1 测试方法

　　由于目前地震勘探所用的压电检波器几乎都为变压器耦合， 它们具有相似的灵敏度-频率响应特性，在约10～400Hz 间，灵敏度变化很小。 因此对它的测试一般都是采用选定频率点的方式进行对比测量，即用参考晶体(标准检波器)作对比测量。 其计算公式为

　　式中：Mx 为待测水听器的声压灵敏度，(V·Pa-1);Ms为标准水听器的声压灵敏度，(V·Pa-1);Ux 为待测水听器输出端的开路电压，V;Us为标准水听器输出端的开路电压，V。

　　但是这种方法需要定期对标准检波器进行标定， 一是准确性受到了限制，二是耗费的财力也比较多，本文首次提出一种使用声压计的绝对测量的方法。 用这种方法进行测量，结果准确可靠，而且不需要对标准检波器进行标定， 只需要保证声压计的正确输出即可。 其计算公式为

　　式中：Mx为待测水听器的声压灵敏度，dB;Ux为待测水听器输出端的开路电压，V;Us为声压计输出的声压，V。

　　2 测试仪硬件设计

　　本测试仪硬件主要由信号源模块、功率放大模块、混音箱、数据采集模块等部分组成，其组成框图如图1所示。

　　2.1 信号源的设计

　　信号源的设计分成信号发生器和功率放大器两部分进行深入研究， 产生推动电-声换能器的功率激励信号。信号发生器部分采用AD9850产生正弦波，芯片AD9850最高时钟为125MHz，采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，能够满足设计要求。 外接精密时钟源时，AD9850可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波[2]。

　　为了充分发挥AD9850的高速性能，在微控制器资源允许的情况下选择并行方式。 图2是水听器全频测试仪信号源的硬件接口电路图。微控制器LPC2194的8个引脚用作频率/相位控制字输出直接加到芯片AD9850的8位控制字输入端(D0-D7脚)，同时产生相应的DDS时序控制信号(复位E4、控制字输入时钟E2、频率更新时钟E3)加到AD9850芯片的对应管脚。

　　功率放大电路部分采用2片TDA7292双音频功率放大芯片并联的方法，将信号发生电路输出的小功率信号放大到扬声器所需要的功率。