（91388部隊94分隊 湛江 524022）

1 引言

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，數(shù)據(jù)的采集和分析已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究方面有了極大的應用。普通的數(shù)據(jù)采集一般由單片機和硬件采集電路來實現(xiàn)，然而單片機采集信號存在編程復雜、使用不便等缺點，在實際的應用中效率不高。隨著虛擬儀器技術和NI采集卡的廣泛發(fā)展，基于LabVIEW技術的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被人們廣泛應用，該系統(tǒng)大大提高了工作效率，使用便捷，人機界面友好，操作方便。本文利用USB-4431采集卡、虛擬儀器軟件（LaBVIEW）及主控計算機，設計了一個便攜式水聲監(jiān)測儀系統(tǒng)，通過改變主控計算機上軟件的前面板工作參數(shù)，就能夠改變系統(tǒng)的功能，從而實現(xiàn)了對水聲信號的高速采樣、存儲及分析。

2 便攜式水聲監(jiān)測儀硬件設計

整個便攜式水聲監(jiān)測儀由水聽器、USB-4431采集卡、PC機、數(shù)據(jù)采集與處理軟件組成。采集卡模擬信號輸入通道上的水聽器在同步信號的觸發(fā)下對信號進行采集，上位機軟件在采集的同時對信號進行存儲及處理。便攜式水聲監(jiān)測儀的核心是USB-4431采集卡，采集卡的最高采樣率為204kS/s;具有同步觸發(fā)功能。整個系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

圖1 便攜式水聲監(jiān)測儀流程框圖

3 便攜式水聲監(jiān)測儀軟件設計

3.1 程序設計

系統(tǒng)主要由信號采集、存儲及信號分析等部分組成。打開程序軟件前，首先設置采集卡USB-4431的接收通道及采樣率，設置完畢后，打開系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)開始采集信號并進行存儲分析，在前面板會看到實時采集到的的系統(tǒng)信號以及檢測到的信號。

3.2 信號采集控制模塊

LabVIEW信號采集程序的編寫主要包含通道設置、采樣率設置、觸發(fā)設置等。圖2是信號采集模塊程序框圖。

1）通道設置主要包括輸入通道和輸出通道設置以及通道名稱等。

2）采樣率設置一般是被采集信號頻率的兩倍，本系統(tǒng)的采樣率為100kHz。

3）觸發(fā)設置選擇外同步觸發(fā)，觸發(fā)周期為2s。

3.3 信號保存

信號的存儲是為了將采集到的信號進行保存，用于對信號進行分析，軟件中文件的存儲格式為.tdms。

圖3 便攜式水聲檢測儀信號存儲模塊

3.4 信號分析處理模塊

信號的處理分析模塊主要是對采集到的信號進行時域及頻域分析。程序的前面板完成人機交互的操作，程序框圖主要完成功能設計，本系統(tǒng)的信號分析主要是通過濾波器對信號濾波，對信號取包絡完成信號的檢測，進而得到被測信號的時延信息，實現(xiàn)對被測信號的測量。

圖4 便攜式水聲檢測儀信號處理分析模塊

4 系統(tǒng)測試與實驗

實驗室利用多功能信號發(fā)生器模擬目標生成10kHz、周期是2s、脈寬為20ms的單頻信號,通過水聽器將信號發(fā)射出來，模擬被測目標，采集卡的采樣率為100kHz，在外部同步信號的觸發(fā)下對被測信號進行采集，上位機程序?qū)π盘栠M行存儲及分析處理，檢測出被測目標的位置信息。圖5為檢測到的信號波形圖。

圖5 程序設計的前面板

5 結語

本文對在實驗室對便攜式水聲檢測儀系統(tǒng)進行了測試，對系統(tǒng)的各個功能進行了深入研究，達到了一定的實驗目的。系統(tǒng)主界面采用模塊化程序設計，通過搭建各個模塊完成系統(tǒng)的應用，整個系通操作方便，采集卡的采集效率高，數(shù)據(jù)沒有丟失，能夠?qū)崟r看到采集的信號，在實驗室調(diào)試設備簡單便捷，程序可深層次開發(fā)，在后續(xù)的科學研究中能夠起到一定的作用。