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文档简介
1、随着水下超声波技术的发展,在很多应用场所提出了测试其声强的需要。我们采用cs-3型水听器设计便携式超声波声压计。系统设计设计目标要求:实现15-45khz超声波声压、声强的测量。测量的范围是0-10个大气压(或声压级范围：30-120db)。测量的误差为在总体的频率范围内大小3db,对单一频率小于1db。cs-3型水听器的特性是在10-100khz,其m参数的不一致性小于3db。m参数是指水听器受单位声压的作用而产生的输出电压,单位是v/pa。用分贝表示的m参数是：m(db )=20log(m/mo),其中mo为参考声压mo=1v/礟a。声强i=p2 /(r*c),其中p为声压,c为声速,r为
2、密度。为满足设计的目标,需进行测量误差分析。对应于在为30-120db的声压级,在流体中的声强为：i=p*v*cosy自由场中声强为：i=p2/(r*c)声强级的表达式为：i=10log(i/io)其中io为10-12 (w/m2),在自由声场中声压级与声强级近似相等。从而可得出(在近似测量中)声强级的不一致性对应于m参数的不一致性小于3db。从而得出：不必进行频率校正,声压、声强的不一致性可以满足要求。由于一般测的是有效声压,为平均值,所以测量的精度相比起来比较容易实现。跟随、放大、滤波、峰值和频率检测,产生误差主要在滤波、峰值和频率检测。我们所设计的滤波通带不稳定度为1db、峰值检测的误差
3、小于1db,但通过进行频率的检测,和时间的平均,进行软件和硬件的补偿可以使误差较好的满足要求。根据上面的分析,考虑到超声波测量的特点,系统框图示于图1。其中预加重考虑隔直和系统频率特性。图1 系统框图图2 高通滤波电路跟随器起隔离水听器和减小后端电路影响的作用。放大器与分压通过可控增益放大来实现,也可通过开关来实现测量范围的转换。带通滤波为测量特定频率的超声波声压的必需。峰值检测为测量和计算声压的原始数据,频率为提供频率数据和进行声压计算的频率校正。带通滤波电路考虑系统对频率范围的不平度有较高的要求,采用巴特沃斯滤波器进行设计。带通由高通和低通级联实现。考虑具体的要求截至频率定为10khz。取高通的阶数为5,低通的阶数为6。图2是高通滤波电路。峰值检波电路图3是用集成放大器来实现峰值检波的电路。过零检测电路过零检测电路在输出需考虑与msp430的接口问题,因而增加了接口转换电路(图4)。图3 峰值检波电路图4 过零检测电路系统接口本系统用ti公司msp430微控制器的p6端口的12位a/d转换进行峰值测量,利用p1口的定时捕获/比较进行频率测量。在msp430硬件的设计上提供晶振、复位、时钟电路以及jtag,完成整体设计。根据硬件,设计相关的软件进行声压测量。结语本声压计的设计采用了
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