【虹科動態(tài)】模擬海洋聲波研究中使用的高精度PCIe測試卡——虹科Spectrum數(shù)字化儀與AWG被用于全新水聲實驗室

中國北京，2022年9月14日訊—美國楊百翰大學(xué)物理與天文系的聲學(xué)研究小組將虹科Spectrum儀器領(lǐng)先的數(shù)字化儀與信號發(fā)生器作為其全新水下聲學(xué)實驗室核心。新實驗室對聲波如何在水中傳播方面的研究可謂是一大進步，這得益于其模擬出了一個微縮版的海洋環(huán)境。該實驗室能夠?qū)β暡ㄔ诓煌畬又械男袨橐约八鼈內(nèi)绾卧趲r石、沙子或泥漿等海洋中最多樣化的地面材料中反射進行多種實驗。這種小型化實驗對測量設(shè)備的精度要求極高，因為實驗結(jié)果隨后會按比例放大，以表明在真實世界中的效果。

圖1：水箱中有兩條機械臂，用來放置發(fā)射器和接收器

新型實驗室的水箱是一個長3.6米和寬1.2米的長方體，最高水深0.91米。這項研究使用了水聽器來接收虹科SpectrumM2p.6546-x4型號任意波形發(fā)生器所發(fā)出的信號或啁啾聲信號。這種PC卡能生成24V輸出擺幅的信號，隨后在被水聽器傳播之前被放大。通過水箱后，信號被另一個水聽器檢測到并由虹科SpectrumM2p.5932-x4進行處理。發(fā)射器和接收器分別由機械臂控制，使其能夠快速在水中適應(yīng)并進行定位，以便根據(jù)需要對源頭和接收器進行定位。

圖2: Spectrum儀器M2p.5932-x4數(shù)字化儀卡與M2p.6546-x4生成器卡

水箱便于對聲波觸及海底反彈后受到的影響進行各項試驗。與沙子、泥土或不同的材料層相比，純巖石的底部會產(chǎn)生不同的效果。負(fù)責(zé)這項研究的Traci nielsen博士解釋道：“因為水不是均勻的，致使這項研究變得更為復(fù)雜。溫度和鹽度的變化會改變聲速，最終導(dǎo)致聲波發(fā)生彎曲，這就如同海市蜃樓一樣。我們計劃研究水溫變化對機器學(xué)習(xí)定位聲源的影響。這些水箱研究比在海洋里做實驗更具重復(fù)性、效率和成本效益，并將使我們能夠研發(fā)出用于海洋數(shù)據(jù)測量的技術(shù)。”

圖3：一個機械臂的機制

負(fù)責(zé)采集軟件的博士生Adam Kingsley表示:“虹科Spectrum的產(chǎn)品完全符合我們對精度和同步性的高要求，這也是我們選擇與其合作的重要原因。這個水箱實際上是一個巨大水域的縮小版，等比放大實驗結(jié)果時，時間的精準(zhǔn)度對于測試結(jié)果至關(guān)重要。”

圖4：兩個灰色的PCIe機箱位于控制臺中間

這對虹科Spectrum儀器的 PCIe卡被安裝在主控臺外部的PCIe機箱中，通過虹科Spectrum的Star-Hub模塊進行精準(zhǔn)同步。在機箱中備有另外一對相同的卡，可由第一個機箱觸發(fā)進入操作。這個規(guī)模化實驗需要在千赫茲范圍內(nèi)使用更高的頻率，比在海洋中使用的頻率高得多。數(shù)字化儀和AWG卡具有16位的高分辨率，甚至可以分別以40MS/s的速率進行采樣和輸出，而通道之間的偏移小于100皮秒。這為實驗提供了極高的精準(zhǔn)度。兩個UR10e機器人手臂以及信號生成和數(shù)據(jù)采集，均由一個定制的LabVIEW軟件程序控制。該程序由Adam Kingsley創(chuàng)建，被稱為“Easy Spectrum Acoustics Underwater”(ESAU)。

該實驗裝置的一個關(guān)鍵部分是模擬開闊的海洋，因此Precision Acoustics公司在水箱兩側(cè)安裝了特殊的消聲板來減少反射。美國楊百翰大學(xué)物理與天文系研究實驗室主管John Ellsworth設(shè)計了一個過濾和循環(huán)泵，這可謂是一個重大的創(chuàng)新。這種泵可以保持水的清潔，也不會在水箱中產(chǎn)生氣泡，而氣泡正是噪音的重要來源。準(zhǔn)備就緒后即可測量脈沖響應(yīng)，這更容易在進行實驗時消除讀書中的噪聲。虹科Spectrum儀器精準(zhǔn)的PC卡信噪比(SNR)高于71 dB，這也保證了脈沖響應(yīng)消除能給出準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。

圖5：ESAU軟件便于用戶實現(xiàn)與Spectrum卡和機械臂之間的通信

Neilsen博士補充道:“建立新實驗室的初衷是方便研究專業(yè)的學(xué)生在校期間能夠設(shè)計并運行其實驗。Cameron Vongsawad是我的首個在讀研究生，他與我仔細(xì)考慮了購買什么設(shè)備，這個實驗室將長久投入使用，因此功能強大和易于使用對我們來說非常重要。與許多其他實驗室一樣，我們也很看重虹科Spectrum提供的獨家五年質(zhì)保服務(wù)，這也為我們的長久合作奠定了基礎(chǔ)。”

虹科測試測量團隊

虹科是在各細(xì)分專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的資源整合及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商。在測試測量行業(yè)經(jīng)驗超過17年的高科技公司，虹科與世界知名的測量行業(yè)巨頭公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供領(lǐng)域內(nèi)頂尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平臺的多種功能模塊，以及自動化測試軟件平臺和測試系統(tǒng)，通用臺式信號源設(shè)備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導(dǎo)體、3C、汽車行業(yè)的超過25個大型和超大型自研系統(tǒng)項目。我們的解決方案已在汽車電子、半導(dǎo)體、通信、航空航天、軍工等多個行業(yè)得到驗證。此外，我們積極參與半導(dǎo)體、汽車測試等行業(yè)協(xié)會的工作，為推廣先進技術(shù)的普及做出了重要貢獻。至今，虹科已經(jīng)先后為全國用戶提供了100+不同的解決方案和項目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。