换能器幅相一致性测试系统

摘要

声呐作为对水下目标探测与定位的设备，其重要组成部分之一为换能器基阵。由于制作工艺等原因，每个阵元间的幅度和相位水平很难保持一致。因此为了提高基阵的接收精度，本文设计了一套换能器幅相一致性测试系统。
　　论文主要内容包括系统总体方案设计、硬件平台搭建以及配套软件编写等。硬件平台依据其功能划分为综合控制模块、信号生成模块、信号调理模块、通道切换模块以及信号采集模块五个部分。综合控制模块采用DSP+FPGA架构，因为DSP具有浮点运算能力，且FPGA管脚资源丰富，为系统的升级预留了空间。信号调理模块采用了程控放大倍数模式，且每个通道的放大增益均独立可调，从而提高了通道间幅度一致性。由于系统最多可以测试128个通道，本文采用64组继电器组成通道切换模块，既完成了测试通道的扩展，又保证了通道间幅度和相位的一致性。系统选用AD9244作为信号采集模块的模数转换核心芯片，该模数转换芯片支持高速采样率，可以实现对高频信号的采集。同时，利用VC++设计了与之匹配的显控软件。在启动测试系统后，上位机软件会自动进行自检，确定系统内各模块能够在软件的控制下完成相应功能动作。在使用时，用户只需配置一些参数后，系统即可自动化完成测试过程，并可以将测试结果生成Word文档。
　　系统可产生指定频率信号，该信号经外部功放后推动发射换能器发声。待测换能器基阵接收信号后经调理电路进入信号采集模块。最后系统将采集到的数据上传至上位机，计算机通过分析和处理后，将通道间幅度和相位一致性显示在界面上。整个系统在实验室环境中进行测试，性能稳定，在20kHz～200kHz频带范围内，幅度一致性小优于±1dB，相位一致性优于±3°，符合预期的设计要求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文背景和意义

1．2国内外发展现状

1．3论文主要研究内容及技术指标

第2章系统测量方法与原理

2．1系统的测量方法

2．2系统的测量原理

2．3本章小结

第3章系统硬件设计

3．1硬件总体方案设计

3．2系统供电电路设计

3．3综合控制模块电路设计

3．3．1 DSP芯片选取与电路设计

3．3．2 FPGA芯片选取与电路设计

3．3．3 USB芯片选取

3．4信号生成模块电路设计

3．5通道切换模块电路设计

3．6信号调理模块电路设计

3．6．1固定增益运算放大器

3．6．2模拟开关选择

3．7信号采集模块电路设计

3．7．1外部基准电压源电路设计

3．7．2数据缓存电路设计

3．8本章小结

第4章系统软件设计

4．1软件总体方案设计

4．2 FPGA程序流程设计

4．2．1采集流程设计

4．2．2通信流程设计

4．3 FPGA内部资源使用情况

4．4 DSP程序流程设计

4．4．1与上位机通信模块设计

4．4．2控制继电器切换模块

4．4．3信号生成控制模块设计

4．4．4 DSP与FPGA通信模块设计

4．5上位机程序设计

4．5．1用户控制区

4．5．2放大倍数设置区

4．5．3时域波形显示区

4．5．4测试结果显示区

4．6本章小结

第5章系统验证与性能测试

5．1概述

5．2综合控制模块测试

5．2．1 DSP与FPGA数据传输测试

5．2．2 USB接口数据传输测试

5．3信号发生模块测试

5．4信号调理模块测试

5．4．1等效输入噪声测试

5．4．2各级放大倍数测试

5．4．3幅相一致性测试

5．5信号采集模块测试

5．6系统整体测试

5．6．1幅度一致性测试

5．6．2相位一致性测试

5．7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录