一种超声声场的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声声场的测量装置及方法，该装置包括数据处理模块，机架(5)，设置在机架(5)上的旋转电机箱(7)和固定装置(6)，设置在固定装置(6)上的直线往复运动机构，以及设置在直线往复运动机构上的探头板(3)；该方法通过FPGA控制两个电机运动实现声场的采集，同时FPGA通过探头板采集声场信息，最后计算机对采集的数据保存及后期处理，进行超声声场可视化，以实现超声声场的测量。本发明专利技术以空气中的超声声场为对象，通过设计新型超声测量装置及方法，可以方便的测出声场参数及实现声场可视化。

A Measuring Device and Method of Ultrasound Sound Field

【技术实现步骤摘要】
一种超声声场的测量装置及方法
本专利技术属于声学计量领域，具体涉及一种超声声场的测量装置及方法。
技术介绍
超声相控阵换能器是指由多个独立的压电晶片组成阵列，按一定的规则和时序用电子控制系统控制激发各个晶片单元，来控制调节焦点的位置和聚焦的方向。在常规超声波声场测量中，测量超声装置存在体积较大且操作复杂等问题。而超声聚焦、超声悬浮等应用领域也越来越多，而对于声场检测始终制约着其发展；在现有的声场测量中，测量范围较为固定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超声声场的测量装置及方法，设计了超声测量装置从而方便的测量出超声声场声压、声强等参数，通过FPGA控制两个电机运动实现声场的采集，同时FPGA通过探头板采集声场信息，最后计算机对采集的数据保存及后期处理，进行超声声场可视化，以实现超声声场的测量。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种超声声场的测量装置，包括数据处理模块，机架，设置在机架上的旋转电机箱(7)和固定装置，设置在固定装置上的直线往复运动机构，以及设置在直线往复运动机构上的探头板；其中，旋转电机箱的输出端与固定装置相连，用于驱动固定装置转动；探头板上设置有若干探头，用于同时采集空间中同一平面多个点的声压信息；数据处理模块用于控制直线往复运动机构和旋转电机箱动作，并对探头采集的空间中同一平面多个点的声压信息进行处理，得到声压电信号，声压电信号通过运算放大器放大进入串行模数转换模块，串行模数转换模块将其模拟信号转换为数字信号，FPGA将其数字信号存储于SDRAM存储器中，FPGA通过串口通信发送存储数字量至PC。本专利技术进一步的改进在于，固定装置上开设有滑槽，直线往复运动机构包括滑块、丝杠、设置在滑槽内一端的固定箱以及另一端的直线运动电机箱，固定箱与直线运动电机箱之间通过平行设置的固定杆连接，丝杠设置在两个固定杆之间，直线运动电机箱的输出端与丝杠的一端连接，丝杠的另一端与固定箱活动连接，滑块穿过两个固定杆和丝杠，并与丝杠螺纹连接，探头板设置在滑块上。本专利技术进一步的改进在于，直线运动电机箱的输出端通过联轴器与丝杠的一端连接。本专利技术进一步的改进在于，固定箱设置有限位传感器。本专利技术进一步的改进在于，数据处理模块包括PC、FPGA、运算放大器以及串行模数转换模块，FPGA通过信号线分别连接旋转运动电机，直线运动电机、探头及限位传感器，PC通过UART串口协议与FPGA进行通信，FPGA与SDRAM、运送放大器分别用信号线连接，运算放大器与ADS8344用信号线连接。一种超声声场的测量方法，该方法基于上述一种超声声场测量装置，包括如下步骤，步骤1，通过FPGA编程，控制直线运动电机回零，即Z轴归零；步骤2，编程实现控制探头板的运动轨迹，可实现转动及直线运动；步骤3，采用超声波信号接收器作为数据接收端，可将空气中的超声振动由压电陶瓷的压电效应，从机械能转换成电压信号，使用运算放大器调制模拟信号；步骤4，采用串行模数转换芯片ADS8344实现模数转换，使用相控阵方式采集模拟信号，采集信号存储于FPGA的SDRAM存储器中；步骤5，经过一次完整的采集，通过串口发送至上位机，实现声场可视化。本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术以空气中的超声声场为对象，通过设计新型超声测量装置及方法，可以方便的测出声场参数及实现声场可视化。其具有如下优点，第一：超声测量装置使用FPGA控制探头板运动，可以实现精确的位置控制，从而实现精确的测量超声声场；第二：FPGA控制旋转电机的旋转，方便的测量360度任意直线声场的变化规律；进一步的，利用FPGA及串行模数转换芯片易于实现并行多路数据采集；进一步的，利用FPGA控制运动易于实现快速测量。第三：探头板可以通过安装不同数量的超声波接收器实现测量范围变化；第三：对于同一平面的超声波测量，由于探头板引入的系统误差相同，便于数据处理；第四：装置2可拆卸，通过不同的摆放位置可以实现不同方向的声场采集，测量范围大，亦可实现手持式测量。第五：结构简单，易于拆卸。附图说明图1为超声声场测量装置总装图。图2为超声声场测量装置爆炸视图。图3为可拆卸装置。图4为ADS8344串行接口时序。图5为数据处理模块图。附图标记说明：1-固定箱，2-滑块，3-探头板，4-直线运动电机箱，5-机架，6-固定装置，7-旋转电机箱，8-限位传感器，9-丝杠，10-固定杆，11-联轴器。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做出进一步的说明。本专利技术提供的一种超声声场的测量装置及方法，设计了超声测量装置从而方便的测量出超声声场声压、声强等参数，通过FPGA控制两个电机运动实现声场的采集，同时FPGA通过探头板采集声场信息，最后计算机对采集的数据保存及后期处理，进行超声声场可视化，以实现超声声场的测量。如图1至图5所示，本专利技术提供的超声声场的测量装置，包括以下内容：本专利技术测量装置是这样实现的：固定箱1、滑块2、探头板3、直线运动电机箱4、机架5、固定装置6、旋转电机箱7、限位传感器8、丝杠9、固定杆10和联轴器11；此装置采用多个探头固定于探头板，同时采集空间中同一平面多个点的声压信息；探头板通过螺钉固定在滑块上；滑块固定于丝杠与导轨上；电机箱中电机轴通过联轴器与丝杠连接，联轴器通过顶丝固定丝杠与电机轴；固定箱上装有限位开关，通过螺纹连接固定在固定箱上；装置2的电机箱与固定箱通过两侧螺纹连接固定装置，整个部分通过联轴器与机架连接；FPGA通过信号线分别连接旋转运动电机，直线运动电机、探头板及限位开关(其中信号线通过滑块与固定架引出)。移动装置通过设置在电机箱中的伺服电机、丝杠、滑块以及支撑杆实现移动功能，其中支撑杆起固定作用。所述直线运动电机使用螺纹连接固定于电机箱内，FPGA输出模块可以控制电机箱，电机箱通过联轴器连接丝杠与两根固定支架，滑块可以通过在丝杠与固定支架上实现直线运动。在自动控制中，滑块先移动到限位开关，然后开始采集数据。所述伺服电机2通过螺纹连接固定与机架上，伺服电机2的运动，可以实现装置2整体的旋转运动，旋转运动调节机箱与直线运动调节机箱侧边开有数据线通孔。如图5所示，数据处理模块包括PC、FPGA、运算放大器以及串行模数转换模块，FPGA通过信号线分别连接旋转运动电机，直线运动电机、探头及限位传感器(8)，PC通过UART串口协议与FPGA进行通信，FPGA与SDRAM、运送放大器分别用信号线连接，运算放大器与ADS8344用信号线连接。本专利技术提供的一种超声声场的测量方法，包括以下步骤：1)输入信号调制，采用超声波信号接收器作为数据接收端，可将空气中的超声振动由压电陶瓷的压电效应，从机械能转换成电压信号。超声波接收器(探头板探头)接收幅值可达60vpp。由于采用的A/D芯片采用Vcc＝2.7V～+5V供电，因此模拟信号输入压电应在0～Vcc范围内，而且输入模拟电压信号为双极性。本专利技术采用±30V运算放大器对模拟信号进行调制，将双极性模拟电压信号转成单极性转换信号，而且传递函数是线性函数，只要正确选择精确的电阻值,-30～+30V电压信号可线性转换为0～+5V，从而保证了精度。2)串行模数转换芯片ADS8344，ADS8344是一款高性能、低功耗的ADC，最大采样频率为100kHz，自带采样/保持电路，包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声声场的测量装置，其特征在于，包括数据处理模块，机架(5)，设置在机架(5)上的旋转电机箱(7)和固定装置(6)，设置在固定装置(6)上的直线往复运动机构，以及设置在直线往复运动机构上的探头板(3)；其中，旋转电机箱(7)的输出端与固定装置(6)相连，用于驱动固定装置(6)转动；探头板(3)上设置有若干探头，用于同时采集空间中同一平面多个点的声压信息；数据处理模块用于控制直线往复运动机构和旋转电机箱(7)动作，并对探头采集的空间中同一平面多个点的声压信息进行处理，得到声压电信号，声压电信号通过运算放大器放大进入串行模数转换模块，串行模数转换模块将其模拟信号转换为数字信号，FPGA将其数字信号存储于SDRAM存储器中，FPGA通过串口通信发送存储数字量至PC。

【技术特征摘要】
1.一种超声声场的测量装置，其特征在于，包括数据处理模块，机架(5)，设置在机架(5)上的旋转电机箱(7)和固定装置(6)，设置在固定装置(6)上的直线往复运动机构，以及设置在直线往复运动机构上的探头板(3)；其中，旋转电机箱(7)的输出端与固定装置(6)相连，用于驱动固定装置(6)转动；探头板(3)上设置有若干探头，用于同时采集空间中同一平面多个点的声压信息；数据处理模块用于控制直线往复运动机构和旋转电机箱(7)动作，并对探头采集的空间中同一平面多个点的声压信息进行处理，得到声压电信号，声压电信号通过运算放大器放大进入串行模数转换模块，串行模数转换模块将其模拟信号转换为数字信号，FPGA将其数字信号存储于SDRAM存储器中，FPGA通过串口通信发送存储数字量至PC。2.根据权利要求1所述的一种超声声场测量装置，其特征在于，固定装置(6)上开设有滑槽，直线往复运动机构包括滑块(2)、丝杠(9)、设置在滑槽内一端的固定箱(1)以及另一端的直线运动电机箱(4)，固定箱(1)与直线运动电机箱(4)之间通过平行设置的固定杆(10)连接，丝杠(9)设置在两个固定杆(10)之间，直线运动电机箱(4)的输出端与丝杠(9)的一端连接，丝杠(9)的另一端与固定箱(1)活动连接，滑块(2)穿过两个固定杆(10)和丝杠(9)，并与丝杠(9)螺纹连接，探头...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华英，王玄，朱景军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61