Page 196 - 《应用声学》2025年第3期

730 2025 年 5 月

3.2 通信系统测试 噪声得到了很好的抑制，SNR 也明显提高。经过计
通过上述实验对比，为了 SNR 和幅值的折中， 算，接收信号的SNR为9.54 dB，滤波均衡后的SNR
该系统最终采用的 EMAT 换能器由圆柱形钕铁硼 为17.3 dB，提高了7.76 dB。
永磁铁和绕制螺旋线圈构成。其中永磁铁的尺寸为
VGA
30 × 30 mm，剩磁量为1.2 T；线圈的直径为28 mm， ௭ᇨ٨
匝数为38。EMAT换能器的激励频率选择500 kHz，
提离距离为0.4 mm。接收端换能器为45 角楔的压
◦
电式斜探头，中心频率为500 kHz，用于接收横波。
ԧ࠱ቫ
为了对该超声波通信系统进行测试，本文搭建 ଌ
ஆ PZT EMAT
了一个图像传输测试系统，系统的实物图如图 14 ቫ
所示。首先，使用图像处理软件一幅像素尺寸为
100 × 100 的 16 位像素图像转换为 mif 文件。然后
将该mif文件存储到FPGA内部的嵌入式块只读存
储器中，最后通过该通信系统的发送端将图像信息
发送出去；接收端恢复的图像信息经过同步动态随
图 14 通信系统的测试实物图
机存储器的缓存和视频图形阵列 (Video graphics
Fig. 14 Test physical drawing of the communica-
array, VGA) 驱动模块，将最终的图像在 VGA 显示 tion system
器上显示。
该系统的误码率测试结果如表 2 所示，实验中
对系统的 SNR 进行测试，传输的信号为 10 µs
载波频率固定为 500 kHz，误码率测试包的大小为
比特持续时间的正弦波，发送端原始信号如图15(a)
6
1.6 × 10 bit，在不同的通信速率下测试系统的误码
所示。接收端经过放大后的超声信号如图 15(b) 所
率，通信传输速率的计算方法如公式(6)所示，
示，可以观察到信道产生了明显的噪声与回波干扰。
经过 DFE 优化后的信号如图 15(c) 所示，可以看到 F = f s /k, k = 2, 3, 4, · · · , 10, (6)

1
ࣨϙ/V 0

-1

-100 -50 0 50 100
௑ᫎ/ms
(a) ԧ᤟ηՂ
4
ࣨϙ/V 2 0

-2
-4
-100 -50 0 50 100
௑ᫎ/ms
(b) ଌஆηՂ
4
ࣨϙ/V 2 0

-2
-4
-100 -50 0 50 100
௑ᫎ/ms
(c) DFE͖ӑՑᄊηՂ

图 15 60 mm 厚铝通道两端的信号波形
Fig. 15 Signal waveforms at both ends of the 60 mm thick aluminum channel