舰载声纳发射机参数测试系统的设计与实现

2011-05-23盛成明

中国修船 2011年3期

盛成明

(702厂，上海 200434)

声纳发射机参数的测试对于主动声纳的维修具有重要的意义，比较传统的方法是用示波器、频率计从每路等效负载上多次取出所需测试的信号，这样对多路发射的系统中方法需要较长时间才能完成测试，不利于应急抢修。针对上述存在的问题，结合声纳发射机的特点，采用人工智能、计算机控制等多项技术，研制发射机参数测试系统是十分必要和急需的。这套系统的研制成功，能为声纳发射机参数测试提供一种便捷的手段，对高等级修理后的声纳发射机参数进行测试评估尤为实用。

1 设计需求分析

根据某型声纳发射机及相应的换能器结构特点，设计了发射等效负载器，主要作为声纳发射机的主动测距发射换能器的等效体，在维护使用时，可等效为声纳36路收发一体负载。在测试时，能从负载上取出所需测试的信号，实现发射机的各通道功率、脉冲电压峰峰值、载波频率、调制脉冲宽度和周期等参数的测试，各种参数采用大屏幕液晶显示。

2 硬件系统设计

硬件由等效负载、开关阵列、测控单元和显示组成。等效负载在装备维护使用时，可等效某型声纳36路收发一体负载。开关阵列组合由单片机控制，可分别选择不同通道进入测量电路。测控单元完成测量数据的采集、处理、计算、判断、存储和显示，其核心部分是测控电路。

在硬件选型和设计上，尽量采用成熟的技术，从实用出发。总体框图如图1所示。

声纳发射机脉冲调制信号作为输入信号，加到测试系统的等效负载上，使得声纳工作正常，信号从负载上取出。由于负载上的信号幅度很大，因此，首先要进行电平变换，电平变换后加入开关阵列组合，开关阵列组合由单片机控制，分别选择不同通道进入测量电路，测量电路有峰值电压采样保持、脉冲整形和测量电路。为保持电路稳定性，电路中采用了光电隔离，由于电压信号变成了脉冲形式，所以，光电隔离不影响脉宽、频率测量精度。

设备的控制测量主要由89C52单片机作为控制机，并将测量结果计算、判断、存储和显示。

1)电平变换电路。

该电路主要完成当某型声纳工作时，对从等效负载上取出的36路脉冲调制信号进行电平变换。36路脉冲调制信号相同，设计中测量电路最大输入电压为10 V，由于负载上的信号幅度很大，信号峰值电压最大可达450 V，因此，首先对信号进行幅度变换，装备的等效负载为127 Ω/200 W。幅度变换后的信号输出进行信号变换。

2)脉冲调制信号峰值电压测量。

峰值采样电路输入脉冲调制信号，经分压和半波检波后，送至选用AD582的高精度采样保持电路，比较器由1 MΩ和100 Ω电阻引入了少量的正反馈，以防止其输出在临界点的抖动。采样保持电路输出数值为脉冲峰值，输出到V/F模数转换电路，V/F模数转换电路选用LM331精密电压—频率转换器。

LM331精密电压—频率转换器输出是频率与所加输入电压严格成正比的一串脉冲。LM331采用新的温度补偿带隙基准电路，能在电源电压低达4.0 V的情况下在整个工作温度范围内提供极高精度。内部有精密定时器电路，能达到100kHz转换速度。其输出能驱动3个TTL负载或者输出高达40 V的高电压，同时有VCC的短路保护。

3)脉冲频率测量。

脉冲频率测量不同于连续波频率测量，必须选择在有效的脉冲周期内完成测量。为测量准确频率周期，首先对脉冲调制信号进行整形。为保证大小信号都能完整整形，输入采用限流电阻，保证大信号不损坏放大管。由于载波频率高，所以电路中光耦合电路选用高频响应器件6N137。

整形后波形输出经开关选择器加到精密计数电路，为保证精度选用8254计数电路。

8254的工作方式设置为硬件触发选通方式，选择16位计数器。在触发输入信号的上升沿之后，计数器开始计数。在任何触发输入信号的上升沿之后，计数器重新开始计数。计数频率10MHz，此信号由一组非门和10MHz晶振组成振荡电路，加到8254时钟输入CLK端，计算获得频率。

4)脉冲宽度和脉冲周期测量。

调制脉冲信号经缓冲，进行包络检波，再经整形，输出到单片机P3.4脚，单片机采用中断方式检测P3.4脚电平变化时间，即可获得脉冲宽度和脉冲周期。

5)电源。

电源采用集成一体化电源，性能稳定，有过流保护。输入220 V/50 Hz电源，可同时提供+5 V/4 A、+12 V/2.5 A、3路 ±15 V/0.2 A 电源，分别供测试电路数字部分、测试电路数字继电器阵列部分及风扇1、2、3，测试电路模拟部分、调制信号发生器，1路作为备用。