數(shù)字化儀作為進(jìn)行相關(guān)超聲測量的理想工具,在開發(fā),、測試,、操作超聲產(chǎn)品中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。數(shù)字化儀和任意波形發(fā)生器提供寬范圍的帶寬,、采樣率和動態(tài)范圍,，能夠完美匹配超聲測量的的相關(guān)需求,。
 

圖1，M4i.4451-x8 14bit 500MS/s PCIe 接口數(shù)字化儀采集超聲信號

超聲測量：

超聲波是一種頻率超過人耳聽覺范圍的一種聲波,。超聲波設(shè)備操作頻率一般從20 kHz到幾GHz不等,。表1總結(jié)了一些超聲應(yīng)用的典型頻率范圍。

每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的的頻率使用范圍都反映出工程上的權(quán)衡,。增加了操作頻率來提高分辨率可實(shí)現(xiàn)對較小的工件精確檢測,，但另一方面，較高頻率信號的滲透能力是有限的,，超聲波應(yīng)用的常見問題是信號衰減,、其與信號頻率成反比。因此,非常高頻率往往應(yīng)用與物體表面研究應(yīng)用中,，相對的低頻率往往應(yīng)用在需要更大的滲透和能量的應(yīng)用中。北京坤馳科技有限公司所提供的數(shù)字化儀具有較寬動態(tài)范圍,可以在檢測大信號的同時(shí),檢測到的小信號,，可適應(yīng)較多的應(yīng)用場景。

應(yīng)用舉例： 

   表1：常用超聲應(yīng)用的推薦產(chǎn)品

采樣率：

  通常數(shù)字化儀產(chǎn)品的選擇是基于應(yīng)用使用的頻率的，數(shù)字化儀的采集速率通常要5到10倍于工程應(yīng)用頻率,，也就是需要采集和檢測的信號頻率。但在多普勒頻移應(yīng)用中,，因其經(jīng)常需要測量信號的某些特定的小的片段，需要很高時(shí)間分辨率,，數(shù)字化儀的采樣率有時(shí)需要多達(dá)測量頻率的10倍以上。

帶寬：

  數(shù)字化儀的帶寬應(yīng)該超過工程應(yīng)用的高頻率,。工作帶寬較低將導(dǎo)致高頻頻率信號衰減，并可能限制測量的分辨率和準(zhǔn)確性,。

動態(tài)范圍：

  增加數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍(位數(shù))可實(shí)現(xiàn)小信號的檢測,。高分辨率ADC通常提供更好的信噪比，可實(shí)現(xiàn)采集卡同時(shí)檢測大信號和小信號,。這就是為什么應(yīng)用系統(tǒng)前端通常使用更高分辨率的ADC或信號處理(如平均和過濾)來提高他們的整體測量靈敏度。

其他方面：

  數(shù)字化儀的輸入電路必須與超聲傳感器的輸出阻抗和耦合元件相匹配,。Spectrum的多款數(shù)字化儀提供輸入路徑選項(xiàng),，相關(guān)的配置和終端阻抗選擇可實(shí)現(xiàn)佳匹配,。

  針對相應(yīng)超聲信號的特點(diǎn),，數(shù)字化儀的采集模式也是要考慮的,。應(yīng)用中如果有信號突變或超聲脈沖，可充分利用數(shù)字化儀具備多種采集模式的能力,，實(shí)現(xiàn)不同突變時(shí)間之間小的空載時(shí)間。

  另外,，數(shù)字化儀可提供如數(shù)據(jù)平均，峰值檢測,，濾波，快速傅里葉變換（FFT）的信號處理功能,。其中，數(shù)據(jù)平均和峰值檢測通過開發(fā)FPGA的內(nèi)部處理功能實(shí)現(xiàn),。其他的信號處理可通過SBench 6專用軟件或第三方軟件實(shí)現(xiàn)。 

一種典型超聲應(yīng)用：

  下面的超聲波測距儀的相關(guān)測量應(yīng)用過程,，說明了可選數(shù)字化儀的一些應(yīng)用特性,。設(shè)備傳輸一波40 kHz，含有5個(gè)聲脈沖的信號,。測量傳感器是一個(gè)100Khz帶寬的工用麥克風(fēng)。麥克風(fēng)配置一個(gè)兆歐姆輸入終端,直流耦合,。圖2為這次測量應(yīng)用的軟件顯示。

      圖2, 使用數(shù)字化儀采集40Khz的超聲信號.多個(gè)采集過程并實(shí)現(xiàn)濾波、平均,、FFT處理,。
 

  數(shù)字化儀被設(shè)置為多采集模式,。作為單板工具采集5個(gè)超聲脈沖。軟件窗口頂端顯示了這5個(gè)脈沖,，每個(gè)脈沖的采集時(shí)間都被時(shí)間戳準(zhǔn)確標(biāo)記,，并在軟件上進(jìn)行精確顯示具體時(shí)間信息,。時(shí)間戳的時(shí)間標(biāo)記功能提供了測量脈沖重復(fù)周期的一種簡單方式,，同時(shí)，多采集模式也使得對比不同事件的持續(xù)脈沖時(shí)間,、占空因數(shù),、空間脈沖長度，振幅和時(shí)間變得更為容易,。

  軟件的左上角放大顯示了包括目標(biāo)的衰減反應(yīng)在內(nèi)的個(gè)脈沖信號圖像，觀察到其后緣不是平的,。右下的FFT處理圖顯示了采集信號的頻譜，除了40kHz主頻,，還有一個(gè)80 kHz的二次諧波和顯著的低頻率雜散分量。雜散導(dǎo)致了采集信號的基線上升,。基于這個(gè)頻譜圖,，對信號進(jìn)行了的20 – 50kHz的帶通濾波，過濾了導(dǎo)致圖像壓扁的后緣信號(右上圖),。5個(gè)采集脈沖的平均處理顯示在左下角的圖像中。每個(gè)視圖的縱坐標(biāo)會基于麥克風(fēng)的靈敏度和讀取單元的聲音壓力(Pascal)進(jìn)行匹配縮放,，這些視圖提供采集信號的重要量化信息,。此外,測量信號的頻率、大和小信號振幅寫在對應(yīng)的“信息”窗口內(nèi),。

  以上，是一個(gè)數(shù)字化儀在超聲領(lǐng)域的簡要應(yīng)用舉例,。數(shù)字化儀及其配套軟件提供大量的測量和分析工具，能夠輔助超聲應(yīng)用開發(fā),。