本實(shí)用新型屬于超聲波指向性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種全自動超聲波指向性測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超聲波由于其良好的指向性，可被廣泛適用于海洋探測與開發(fā)、無損檢測與評估、醫(yī)學(xué)診斷、倒車?yán)走_(dá)等應(yīng)用領(lǐng)域。

超聲波的指向性，即傳感器在探測空間中各角度上的聲強(qiáng)級別，決定了超聲波傳感器的探測范圍，是超聲波傳感器最重要的性能指標(biāo)之一。指向性測試是評估一個傳感器性能的必需環(huán)節(jié)。一般測量方法操作復(fù)雜，安裝不方便，替換性差，可信賴度差，效率低。

申請?zhí)枮?015101491310的中國實(shí)用新型專利公開了一種超聲波指向性測試系統(tǒng)。超聲波傳感器安裝在云臺上，所述云臺安裝在支架上，聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備安裝在另一支架上，所述聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備檢測到的超聲波信號強(qiáng)度發(fā)送給主控制電路，所述超聲波傳感器由超聲波傳感器驅(qū)動電路驅(qū)動；所述主控制電路用于控制超聲波傳感器驅(qū)動電路，驅(qū)動云臺工作，接收聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打包，采用串口和PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲取指令，上傳數(shù)據(jù)；所述PC用于設(shè)置云臺參數(shù)和處理超聲波指向性測試數(shù)據(jù)。通過對測試空間中各角度下超聲波的強(qiáng)度進(jìn)行測量，解算出超聲波傳感器的橫向和垂直探測范圍，構(gòu)建3D空間測量范圍，并自動建立數(shù)據(jù)檔案，便于以后的數(shù)據(jù)分析和提取。其測試過程是將聲音強(qiáng)度發(fā)送給主控制電路，再將數(shù)據(jù)打包與PC交互，過程較為繁瑣，實(shí)時性差。水平角度由第二舵機(jī)和第三舵機(jī)接力才能實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)角，這對舵機(jī)性能要求極為嚴(yán)苛、成本高，同時沒有檢測裝置使得測量的數(shù)據(jù)的可信賴度降低。而且，不能直接得出超聲波探頭的指向性曲線和響應(yīng)特性曲線，解出超聲波探頭的波束角。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種全自動超聲波指向性測試系統(tǒng)，操作簡單、可靠性高，通過PC上的上位機(jī)軟件對探頭位置進(jìn)行校準(zhǔn)之后便可進(jìn)行測試，通過excel模板對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出超聲波探頭的指向性曲線和響應(yīng)特性曲線，解出超聲波探頭的波束角。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種全自動超聲波指向性測試系統(tǒng)，包括安裝在第一支架上的測試裝置，和安裝在第二支架上的聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備，所述測試裝置上安裝有超聲波傳感器，測試裝置包括用于水平轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)和用于垂直轉(zhuǎn)動的舵機(jī)，所述聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備連接上位機(jī)，所述測試裝置由主控制電路控制，所述超聲波傳感器由超聲波傳感器驅(qū)動電路驅(qū)動，所述超聲波傳感器驅(qū)動電路由與上位機(jī)連接的主控制電路控制，所述主控制電路控制步進(jìn)電機(jī)水平轉(zhuǎn)動和舵機(jī)垂直轉(zhuǎn)動，所述上位機(jī)用于控制測試裝置的轉(zhuǎn)動速度和角度、顯示測試狀態(tài)，并保存測試數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述主控制電路包括與主控芯片連接的蜂鳴器電路、舵機(jī)驅(qū)動接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接口、傳感器驅(qū)動電路接口、激光對管驅(qū)動與接收端口和串行總線接口。

優(yōu)選的，所述步進(jìn)電機(jī)帶有閉環(huán)驅(qū)動器，閉環(huán)驅(qū)動器通過電子齒輪變量定義輸入到閉環(huán)驅(qū)動器的單位脈沖命令控制傳動裝置移動距離。

優(yōu)選的，所述測試裝置包括機(jī)座，所述機(jī)座上端安裝有擋板，所述超聲波傳感器安裝于擋板，機(jī)座中安裝有舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，舵機(jī)用于控制擋板的豎直轉(zhuǎn)角，步進(jìn)電機(jī)用于控制機(jī)座的水平轉(zhuǎn)角。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本實(shí)用新型通過對測試空間中幾個典型角度的測試，解算出超聲波傳感器的指向性曲線和響應(yīng)特性曲線，解出超聲波傳感器的波束角。同時也可以繪制出它的3維探測區(qū)域。為超聲波傳感器設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。設(shè)置有提醒功能，當(dāng)測試完成或者角度出現(xiàn)偏差蜂鳴器會以不同的鳴叫方式提醒操作人員。

2.本實(shí)用新型綜合了傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、電子通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全自動化測試，智能提示等功能，可直接得出計(jì)算結(jié)果并顯示，避免了除傳感器安裝以外的所有人工操作，大大降低了人力成本和節(jié)省時間，提高了效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

圖1為本實(shí)用新型全自動超聲波指向性測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為本實(shí)用新型測試系統(tǒng)的測試流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實(shí)用新型的概念。

實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種超聲波指向性測試系統(tǒng)，超聲波傳感器安裝在指向性測試平臺上，指向性測試平臺位于支架上，聲壓級測試麥克風(fēng)安裝于另一支架上。支架用來調(diào)節(jié)超聲波傳感器和聲音強(qiáng)度檢測設(shè)備的相對位置，以便測量超聲波傳感器聲波強(qiáng)度的空間分布，這兩部分均放置于1.00*1.00*1.00m³的膈音室內(nèi)。

超聲波傳感器安裝在指向性測試平臺上，可通過橡膠圈進(jìn)行固定，超聲波傳感器的水平轉(zhuǎn)角由步進(jìn)電機(jī)控制，豎直轉(zhuǎn)角由舵機(jī)控制，每個豎直角度對應(yīng)360°水平角度。超聲波傳感器由超聲波傳感器驅(qū)動電路驅(qū)動，主控制電路控制超聲波傳感器驅(qū)動電路，驅(qū)動指向性測試平臺上傳感器水平和豎直轉(zhuǎn)角。主控制電路將轉(zhuǎn)角信號發(fā)送給PC，PC同步從聲壓級設(shè)備獲取聲壓級數(shù)據(jù)。

主控制電路，主控制電路由以STM32F103RD作為主控芯片的最小核心系統(tǒng)，蜂鳴器電路，舵機(jī)驅(qū)動接口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接口，傳感器驅(qū)動電路接口以及激光對管驅(qū)動與接收端口和串行總線接口組成。舵機(jī)驅(qū)動接口提供地線，5V電源和脈沖信號。步進(jìn)電機(jī)接口體用脈沖輸入、方向輸入和電機(jī)使能輸入。串行總線接口用于與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

步進(jìn)電機(jī)帶有閉環(huán)驅(qū)動器，驅(qū)動器采用電子齒輪變量來定義。通過電子齒輪可以定義輸入到驅(qū)動器的單位脈沖命令使傳動裝置移動任意距離，這里設(shè)置為3600。即每轉(zhuǎn)動1°需要10個脈沖。

指向性測試平臺包含機(jī)座、擋板、舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。擋板安裝在機(jī)座上面，超聲波探頭安裝在擋板上。舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)安裝在機(jī)座中，舵機(jī)用于控制擋板的豎直轉(zhuǎn)角，步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)座的水平轉(zhuǎn)角。安裝有激光對管，用于水平位置校準(zhǔn)。

超聲波驅(qū)動電路主要由晶體管、變壓器和濾波電路組成，主控制電路設(shè)置頻率和幅值。PC上位機(jī)可通過發(fā)送指令FQxx\r\n來設(shè)置頻率，xx代表數(shù)字單位為kHz,xx的范圍為10到1000，設(shè)置成功返回OK\r\n。

聲壓級測量設(shè)備，聲壓級測量設(shè)備是由麥克風(fēng)和聲壓級測量放大器組成，PC和聲壓級測量設(shè)備之間通過串行數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，PC在得到主控制電路水平轉(zhuǎn)動的信息時同步發(fā)送指令至聲壓級測量設(shè)備以讀取聲壓級數(shù)據(jù)。

PC的上位機(jī)界面軟件可以設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，配置串口參數(shù)，同時顯示當(dāng)前的測試狀態(tài)，測試完成后保存數(shù)據(jù)至excel表格?？梢栽O(shè)置工作模式，可以一鍵測試，也可分步測試。分步測試是指每次測試可以測試任意一組豎直角度的指向性數(shù)據(jù)。

如圖2所示，測試流程如下：

1．首先，給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、傳感器驅(qū)動電路、主控制電路、聲壓級測量設(shè)備和PC供電。

2．設(shè)置好聲壓級測量設(shè)備，在PC端打開上位機(jī)軟件，配置串口，將探頭的水平角度旋轉(zhuǎn)至180°的位置，校準(zhǔn)探頭和麥克風(fēng)的相對位置使其中心在同一條直線上。發(fā)送FQ68\r\n設(shè)置傳感器驅(qū)動頻率。

3.點(diǎn)擊OPEN，選擇實(shí)現(xiàn)制作好的excel模板，選中，點(diǎn)擊打開。勾選Test one button點(diǎn)擊AUTOTEST按鈕實(shí)現(xiàn)自動測試。

主控制器控制超聲波傳感器驅(qū)動電路工作。同時控制測試平臺上探頭的水平和豎直轉(zhuǎn)角。豎直轉(zhuǎn)角選擇4個典型值0°、30°、60°、90°，每個典型值水平轉(zhuǎn)動360°，每個角度對應(yīng)一個聲壓級。主控制器在控制步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動一個角度時通過串行總線發(fā)送命令至PC，PC同步地從聲壓級設(shè)備獲取當(dāng)前聲壓級數(shù)據(jù)并寫入excel表格。

4.測試全過程持續(xù)18分鐘左右，當(dāng)聽到蜂鳴器持續(xù)鳴叫，說明測試完成，界面也會相應(yīng)提示“測試完成”、“成功保存數(shù)據(jù)”對話框。

5.此時打開excel表格，便可直接得出超聲波探頭的指向性曲線和響應(yīng)特性曲線，讀出超聲波探頭的波束角。記錄最終結(jié)果并將源文件歸檔。

測試過程中如果步進(jìn)意外出現(xiàn)跳步（閉環(huán)控制發(fā)生率低），蜂鳴器會發(fā)出鳴叫提示操作人員，測試完成后蜂鳴器也會以不同的鳴叫方式提示操作人員測試完成。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說明或解釋本實(shí)用新型的原理，而不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。因此，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本實(shí)用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。