SB线与上位机的USB接口连接。
[0045] 传统的声速测量需要寻找声波接收器输出电压极大值的位置或李萨如图形为直 线的位置，通常的做法是用连接示波器的声波接收器在被测区域内逐处测量，一边移动声 波接收器一边观察示波器，当示波器显示到达目标位置时，停止移动声波接收器，将该点的 位置读数记录下来。然后重复上述操作，直到找到8-12个目标位置。在寻点过程中，因为 并不知道下一时刻的信号强度与这一时刻的信号强度之间的大小关系，通常情况下，接收 端停止移动时会错过信号强度极大的位置或不能达到信号强度极大的位置。如果声波接收 器反向移动，就会存在回程差，所以，寻点的效率特别低。本发明利用上位机控制器通过数 据采集卡和有效值检测模块直接量化和采集声波接收器探测到的电压值，通过声速测定软 件直接给出声波接收器输出电压有效值的变化与接收器位置关系图；利用单片机、步进电 机驱动器，步进电机和丝杠导轨实现声波接收器的移动，不仅效率高，而且准确度高。此外， 本发明在测量各点的声波接收器输出电压有效值的过程中，声波接收器始终朝一个方向运 动，直至测量结束，利用软件直接给出声波接收器输出电压有效值与接收器位置关系图。和 传统的声速测量仪相比，从根本上克服了回程误差。
[0046] 本发明消除了回程误差，声波接收器的运动、数据的量化、采集、存储均实现了自 动化，大大提高了数据采集的效率。采集的同时，上位机实时自动绘出声波接收器输出电压 有效值与接收器位置关系图。本发明原理简单、成本低廉、容易操作、效果直观，完全可以取 代传统的手动声速测量，在声速的测量，教学和研究方面具有重要意义，具有一定的推广价 值。
[0047] 以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制， 凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保 护范围。
【主权项】
1. 一种全自动声速测量仪，包括上位机控制器、信号发生系统、声波接收器位移系统及 数据采集系统，其特征在于：所述上位机控制器内部设有C语言编程方式的声速测定软件； 所述信号发生系统包括信号发生器，所述信号发生器连接有所述声波发射器；所述数据采 集系统包括所述声波接收器，所述声波接收器连接有有效值检测模块，所述有效值检测模 块连接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述 声波接收器位移系统包括单片机、步进电机驱动器及声波接收器位移装置，所述单片机一 端与所述上位机控制器相连，另一端与所述步进电机驱动器相连，所述声波接收器位移装 置包括一丝杠，所述丝杠包括一丝杆和设于所述丝杠底部的导轨，所述丝杆在所述丝杠外 部连接有步进电机，所述步进电机与所述步进电机驱动器相连，所述丝杆上套接有滑块，所 述滑块底部置于所述导轨上，所述丝杠底部还设有固定块，所述声波发射器设于所述固定 块的顶部；所述数据采集系统包括声波接收器，所述声波接收器设于所述滑块的顶部，且所 述声波接收器和所述声波发射器正对设置，所述声波接收器和所述声波发射器的法线方向 与所述丝杆轴向平行，所述声波接收器还连接有有效值检测模块，所述有效值检测模块连 接有数据采集卡，所述数据采集卡通过一双向转换器与所述上位机控制器相连；所述全自 动声速测量仪还包括专用电源I和专用电源II，所述有效值检测模块由所述专用电源I供 电，所述数据采集卡和所述步进电机驱动器由所述专用电源II供电。2. 根据权利要求1所述的全自动声速测量仪，其特征在于：所述声速测定软件显示有 设置通信参数、设置测量参数、开始测量、测量数据及绘制曲线、保存数据等功能，所述设置 通信参数包括设置采集卡串口和电机串口，所述设置测量参数包括采集数量和采集周期， 所述开始测量包括点动测量和自动测量。3. 根据权利要求1所述的全自动声速测量仪，其特征在于：所述专用电源I和专用电 源II均采用直流稳压电源，所述电源I设定电压为±5V或±15V，所述电源II设定电压为 12-24V〇4. 根据权利要求1所述的全自动声速测量仪，其特征在于：所述声波接收器输出端具 有的芯线和屏蔽线分别与所述有效检测模块输入端具有的IN和GND相连。5. 根据权利要求1所述的全自动声速测量仪，其特征在于：所述有效检测模块输出端 具有的DC-OUT和GND分别与所述数据采集卡输入端具有的AINl和ACOM相连。6. 根据权利要求1所述的全自动声速测量仪，其特征在于：所述数据采集卡输出端具 有的485G、485A+及485B-分别与所述双向转换器输入端具有的GND、T/R+及T/R-相连。7. -种全自动声速测量仪的测量方法，其特征在于包括以下步骤： 1)所述上位机控制器设置好通信参数和测量参数，手动控制开始测量并发出指令给所 述单片机，所述单片机给所述步进电机驱动器发脉冲，所述步进电机驱动器驱动所述步进 电机转动并带动丝杆的转动，所述滑块也随之步进，同时带动所述声波接收器向所述声波 发射器方向步进，此时所述信号发生器源源不断的向声波发射器发出信号，所述声波发射 器与所述声波接收器之间形成一个驻波场，所述声波接收器在步进过程中对所述驻波场中 各点进行探测，并源源不断发出交流高频信号，通过所述有效值检测模块将所述交流高频 信号转化为表示其有效值的直流信号，所述数据采集卡将直流信号进行采集，此时所述声 速测定软件将采集到的直流信号绘制成声波接收器输出电压有效值与声波接收器位置关 系图，当采集数量达到所述声速测定软件的设定数量后，所述声波接收器停止移动，所述声 速测定软件将数据保存并最终导出； 2)通过Origin软件处理所述声速测定软件给出的数据，找出声波接收器输出电压有 效值的极大值点并得出平均波长I，从所述声波发生器读出频率f，得出实际声速ν =办'， 已知声速在标准大气压下与传播介质空气的温度关系为Vs= (331. 45+0. 59t)，t为环境温 I I 度，由此得出绝对误差Av= |v-vs|，相对误差= 通过对绝对误差和相对 ， 误差的比较即可得出本发明的测量精度状况。
【专利摘要】本发明公开一种全自动声速测量仪，以上位机控制器为核心，通过数据采集卡采集声波接收器的电压有效值，通过单片机和步进电机驱动器控制步进电机的转动，利用步进电机带动丝杠转动，从而实现声波接收器的运动，以达到对驻波场中各点声波接收器输出电压有效值的自动测量；同时在获得数据后，将不同位置的声波接收器输出电压有效值绘制成二维直角坐标图，从而得到直观的声波接收器输出电压有效值变化与接收器位置关系图，测试完毕后，数据和图片可以保存和输出。与现有技术相比，本发明消除了回程误差的影响，声波接收器的移动和数据的采集均实现了自动化，提高了测量的效率，并且能保存和输出数据。
【IPC分类】G09B23/14, G01H5/00
【公开号】CN105157810
【申请号】CN201510241936
【发明人】石明吉, 曹原, 刘峰, 丁淑娟, 王璐子
【申请人】南阳理工学院
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年5月12日