美國楊百翰大學物理與天文系的聲學研究小組將Spectrum儀器領先的數字化儀與訊號產生器作為其全新水下聲學實驗室核心。新實驗室對聲波如何在水中傳播方面的研究可謂是一大進步，這得益於其模擬出了一個微縮版的海洋環境。該實驗室能夠對聲波在不同水層中的行為以及它們如何在岩石、沙子或泥漿等海洋中最多樣化的地面材料中反射進行多種實驗。這種小型化實驗對測量設備的精度要求極高，因為實驗結果隨後會按比例放大，以表明在真實世界中的效果。

圖1：水箱中有兩條機械臂，用來放置發射器和接收器

新型實驗室的水箱是一個長3.6公尺和寬1.2公尺的長方體，最高水深0.91公尺。這項研究使用了水聽器來接收宏虹SpectrumM2p.6546-x4型號任意波形發生器所發出的訊號或啁啾聲訊號。

這種PC卡能生成24V輸出擺幅的訊號，隨後在被水聽器傳播之前被放大。通過水箱後，訊號被另一個水聽器檢測到並由宏虹Spectrum M2p.5932-x4進行處理。發射器和接收器分別由機械臂控制，使其能夠快速在水中適應並進行定位，以便根據需要對源頭和接收器進行定位。

圖2: Spectrum儀器M2p.5932-x4數字化儀卡與M2p.6546-x4生成器卡

水箱便於對聲波觸及海底反彈後受到的影響進行各項試驗。與沙子、泥土或不同的材料層相比，純岩石的底部會產生不同的效果。負責這項研究的Traci nielsen博士解釋道：“因為水不是均勻的，致使這項研究變得更為複雜。溫度和鹽度的變化會改變聲速，最終導致聲波發生彎曲，這就如同海市蜃樓一樣。我們計劃研究水溫變化對機器學習定位聲源的影響。這些水箱研究比在海洋裡做實驗更具重複性、效率和成本效益，並將使我們能夠研發出用於海洋數據測量的技術。”

圖3：一個機械臂的機制

負責採集軟體的博士生Adam Kingsley表示:“Spectrum的產品完全符合我們對精度和同步性的高要求，這也是我們選擇與其合作的重要原因。這個水箱實際上是一個巨大水域的縮小版，等比放大實驗結果時，時間的精準度對於測試結果至關重要。”

圖4：兩個灰色的PCIe機箱位於控制台中間

這對Spectrum儀器的PCIe卡被安裝在主控台外部的PCIe機箱中，通過Spectrum的Star-Hub模組進行精準同步。在機箱中備有另外一對相同的卡，可由第一個機箱觸發進入操作。這個規模化實驗需要在千赫茲範圍內使用更高的頻率，比在海洋中使用的頻率高得多。數字化儀和AWG卡具有16位的高分辨率，甚至可以分別以40MS/s的速率進行採樣和輸出，而通道之間的偏移小於100皮秒(Picosecond)。這為實驗提供了極高的精準度。兩個UR10e機器人手臂以及訊號生成和數據採集，均由一個訂製的LabVIEW軟體程式控制。該程式由Adam Kingsley創建，被稱為“Easy Spectrum Acoustics Underwater”(ESAU)。

該實驗裝置的一個關鍵部分是模擬開闊的海洋，因此Precision Acoustics公司在水箱兩側安裝了特殊的吸音板來減少反射。美國楊百翰大學物理與天文系研究實驗室主管John Ellsworth設計了一個過濾和循環泵，這可謂是一個重大的創新。這種泵可以保持水的清潔，也不會在水箱中產生氣泡，而氣泡正是噪音的重要來源。準備就緒後即可測量脈衝響應，這更容易在進行實驗時消除讀書中的噪聲。宏虹Spectrum儀器精準的PC卡信噪比(SNR)高於71 dB，這也保證了脈衝響應消除能給出準確的實驗結果。

 圖5：ESAU軟體便於用戶實現與Spectrum卡和機械臂之間的通訊

Neilsen博士補充道:“建立新實驗室的初衷是方便研究專業的學生在校期間能夠設計並運行其實驗。Cameron Vongsawad是我的首個在讀研究生，他與我仔細考慮了購買什麼設備，這個實驗室將長久投入使用，因此功能強大和易於使用對我們來說非常重要。與許多其他實驗室一樣，我們也很看重Spectrum提供的獨家五年保固服務，這也為我們的長久合作奠定了基礎。”

宏虹產品資訊 >> https://hongtronics.com/product/m2p-5932-x4/

供應商產品介紹 >> https://www.youtube.com/watch?v=dkDh6k4MMow

詳見原文 >> https://www.eletimes.com/spectrums-digitizers-and-awgs-used-in-new-underwater-acoustics-laborator