高速信號采集系統在超聲回波測量中的應用

1 用戶的問題

某超聲水浸系統生產商將商用傳感器安裝在待測物體的前面，驅動電路激發傳感器，發出一串超聲能，同時傳感器探測待測物體所反射的回波，與客戶提供的延遲選通產生的觸發信號同步。相應超聲波回波將在50μs內結束。

當采用中心頻率為1OOMHz的超聲波傳感器時，采樣反射信號的采樣率必須是500MS／s。在連續超聲波記錄采集之間，機器人定位手臂將傳感器移動1mm。希望傳感器能以250mm／s的平均速度移動，并且能夠在C語言應用軟件基礎上編寫自己的DOS程序。

2 解決方案

用戶的問題可以用GaGe公司的CompuScope8500型8-bit、500MS／s的模／數轉換卡來解決。板上存儲深度：2 M，最大記錄間隔：50lxs，采樣率：500MSis，可得出最大記錄長度為25K，如下所示：

最大記錄長度=50μs x500MS／s=25000(μs)

(Msamples)／s=25000samples=25kilosamples

(1μxlM=1υ-6xlO6=1)

這個25 K的最大可能記錄長度低于CompuScope 8500型板卡的最低有效存儲深度(128K)。

接下來，我們必須考慮所需脈沖重復頻率(PRF)。當用戶想以1 mm的間距移動并將其平均速度保留在250 mm／s時，CompuScope 8500必須將PRF保持在至少250 Hz，如下所示：

PRF最小值=(250 mm／s)／(1mm)=(250)(1／s) =250 Hz

為確定CompuScope 8500型板卡可獲得的最大脈沖重復頻率PRF，首先必須計算可能的最小脈沖重復間隔(PRI)。PRI的值等于采集時間、PCI總線傳輸時間和CompuScope 8500的re—arm時間的總和。

●總采集時間是50μs，如下所示：

采集時間=最大記錄長度／采樣率

=25kS／500MS／s=50μs

●PCI傳輸時間是250μs，如下所示：CompuScope 8500是一個8-bit卡，所以一個數據采樣占一個字節內存。那么，PCI最大傳輸速率為1OOMB／s或100MS／s， PCI傳輸時間=最大記錄長度／PCI傳輸速率

=25 kS / 100 MS／s=250μs

●CompuScope 8500的re-arm時間約為30μs。

現在可以計算出CompuScope 8500可用的最小PRI：

PRI最小值=采集時間+PCI傳輸時間+re-arm時間=50μs+250μs+30μs=330μs

PRF最大值=1／330μs≈3kHz

GaGe公司的CompuScope 8500板卡的3kHzPRF容易滿足用戶所需的250 Hz PRF的要求，而且預留給應用程序控制電機定位的時間超過90％。

用戶將在C語言的基礎上編寫DOS程序。該程序將設置測試測物掃描，控制電機定位，然后通過簡單調用C驅動子程序發來采集和下載超聲波傳感器位移之間所需的記錄。由于正在推進PCI的速度限制，所以建議將CompuScope 8500安裝在性能可靠、經過測試的GaGe工業級電腦中。