一种冲击波毁伤数据采集器的制作方法

1.本实用新型涉及弹药威力试验领域，具体地说涉及一种冲击波毁伤数据采集器。


背景技术：

2.在弹药威力试验中，冲击波超压是重要考核指标。冲击波采集系统就是用于这类武器的冲击波超压测量，通过测量距爆心不同距离的冲击波超压值，冲击波的传播速度及衰减规律，作为评价武器系统杀伤力的有效手段。
3.目前，通过爆炸试验得到冲击波参数值是目前最准确的途径。爆炸冲击波的毁伤性主要取决于冲击波的超压峰值、比冲量和正压持续时间，这3个参数也是衡量弹药爆炸威力的重要指标，可以为新型武器的研制与开发及性能评估提供可靠的依据。
4.将自由场传感器架高在一定范围内，系统测量的是弹药爆炸的入射波超压峰值，与地面反射无关，因此测试相对标准差的误差最小；而其他测试方法会受到传感器附近地面平整度、地表软硬度等因素的影响，因而测试相对标准差的误差较大。另一方面，由于冲击波在自由场波阵面上的反射和绕射过程十分复杂，并且很难运用理论进行计算，同时国内外学者对自由场冲击波研究的较少。因此，对自由场冲击波测试的研究显得尤为重要且十分紧迫。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种在自由场冲击波测试中准确、稳定采集数据的冲击波毁伤数据采集器。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
7.一种冲击波毁伤数据采集器，包括压力传感器，所述压力传感器的输出端依次连接采集预处理模块、数据采集模块和数据存储与处理模块，所述采集预处理模块包括依次连接的信号调理电路和输入放大器，用于将压力传感器输出的信号转换为与采集预处理模块相适配的信号；所述数据采集模块包括adc模块，所述数据存储与处理模块包括相互连接的存储器和单片机，还包括时序控制模块，所述时序控制模块连接数据采集模块和数据存储与处理模块。
8.进一步的，所述数据采集模块还包括加密模块，所述加密模块的输出端连接adc模块的输入端。
9.进一步的，还包括上位机，所述上位机通过usb、无线通信接口或sd卡数据传输接口读取并处理存储器存储的数据。
10.进一步的，所述存储器包括flash芯片。
11.进一步的，所述压力传感器包括icp压电晶体压力传感器。
12.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型采用自由场测压大大减少了地面反射所造成的误差，从而提高了测试的精确性；采用存储测试法将所有模块集成一体，构成可植入现场独立工作的微型系统，解决了引线电测法的固有弊端，安全系数高且易
于防护。本实用新型采用flash芯片作为存储器，理论上可以进行上百次试验，满足大容量要求。本实用新型的平均故障间隔时间(mtbf)：≥500h，平均故障修复时间(mttr)：≤30min，故障率低，故障修复时间短。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
14.图1是本实用新型的系统框图；
15.图2是本实用新型一个实施例的原理框图；
16.图3是本实用新型的信号调理电路原理图；
17.图4是本实用新型的存储器电路原理图；
18.图5为本实用新型的上位机系统软件功能结构图。
具体实施方式
19.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
21.本实用新型公开了一种冲击波毁伤数据采集器，总体组成框图如图1所示，包括压力传感器，所述压力传感器的输出端依次连接采集预处理模块、数据采集模块和数据存储与处理模块，所述采集预处理模块包括依次连接的信号调理电路和输入放大器，用于将压力传感器输出的信号转换为与采集预处理模块相适配的信号；所述数据采集模块包括adc模块，所述数据存储与处理模块包括相互连接的存储器和单片机，还包括时序控制模块，所述时序控制模块连接数据采集模块和数据存储与处理模块。其中数据采集模块还包括加密模块，所述加密模块的输出端连接adc模块的输入端。还包括上位机，所述上位机通过usb、无线通信接口或sd卡数据传输接口读取并处理存储器存储的数据。在本实用新型的一个实施例中，压力传感器采用icp压电晶体压力传感器，存储器采用flah。
22.在本实用新型的一个实施例中，信号调理电路如图3所示，采用了rc阻容滤波网络构成抗混叠滤波器，其时间常数为0.1ms，可以有效地滤除高频干扰信号，使后续模数转换中不会发生频率混叠。
23.在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，fpga控制器连接ad转换模块、存储器、单片机和接口单元，其中fpga的型号为ep4ce30f23c8n，存储容量为1mb，读写速度可以达到10ns级别，当数据采集完成后，将由单片机统一传输到本系统中的存储器flash芯片上，芯片型号为xtsd08glgeag-it。flash芯片硬件电路如图3所示。
24.破片数据测试外场试验结束后，需要将存储于flash里的数据传输给上位机，进行波形显示和信号处理。本实用新型采用标准usb-a通信接口可以通过u盘导出数据，也可以通过vhf频段传输模块进行远程数据导出方式。
25.usbdm和usbdp为一对差分输入输出端口，与u盘相连接；单片机自动检测u盘，然后通过导出按键，自动将采集的数据导出到u盘。远程数据导出功能，通过上位机控制指令从vhf频段传输模块下发到采集数单片机上，单片机响应指令，然后通过特定协议传输到上位机处理器进行波形显示和信号处理。如系统初始化、采集模式，启动采集等。
26.如图2所示，电源管理模块连接各模块为各模块提供适配电源，本实用新型的电源采用13.8v的高密度容量锂电池，具有体质小，重量轻，方便野外测试。各组电压转换模块采用了高效率，宽输入电压，隔离式电源转换模块urb_ld-20wr3，有效地阻断了模块间的频率传导干扰，大大提升了数据采集器的稳定性。
27.如图5所示为上位机系统软件功能结构图，冲击波场超压测试系统软件是根据各个组成部分之间的结构程序问题的处理而设计的。由上而下的各个部分之间既构成了一个软件的整体，又有着自己既定的工作。
28.首先要记录实验环境等相关信息，具体包括以下内容：实验的名称、时间、地点、参与的人员和当时实验现场的风速、气压、温度等等。为了使用户将来能方便快捷地使用这些信息数据撰写相关的实验报告，当众多的试验数据记录完以后，以txt文件系统的格式存在磁盘里面。
29.自检：该项操作的主要检测对象是无线通信和探测头，它们是否能正常运作是该检测的目的。如果无法顺利地完成此次检测的话，就要按照流程图上显示的相关信息，进行usb读数、数据处理和显示这三项操作。同时参数配置、触发和采集在这一步是不能进行操作的。
30.参数配置：该项内容主要为采样参数，是来自于控制现场探测装置的，即采样频率和信号增益的大小。
31.触发：触发方式，包括延时时间。
32.采集：完成与参数配置有关的触发，主要目的是为了复用代码。
33.usb控制：该项操作主要应用在测试完毕后，读取usb接口处的相关数据，完成flash的清除工作。
34.数据处理和显示问题：该项操作就是对数据进行相应的处理、显示。
35.退出：完成所有操作后，关闭当前系统。
36.因此，如果不能顺利完成自我检测的操作，就不能使用参数配置、触发、采集的功能。而且各个组成部分之间是相互并存的关系，没有先后的操作顺序。
37.控制模块：由指令发送参数设置系统模块和触发使能部分模块组成。指令发送参数配置是控制端发送一系列指令给客户端，使客户端分别实现不同的功能，指令发送完成后，客户端便可以工作在采集数据状态。
38.数据采集模块：为保证采集到的数据完整采集回传，数据采集模块主要由串口转usb模块组成。正常情况下系统以usb通信方式将信号发送至上位机，方便对数据进行分析。
39.数据显示模块：数据显示模块由数据采集获取、数据图形变换、数据图形处理，数据保存等几个模块组成。数据采集获取是指实时获取测试设备的数据；数据图形变换是指将采集到的数据通过一系列功能处理便于客户对数据的观测；数据图形处理是将图形变换后的数据进行处理，方便客户在视野界面上观看；数据保存是指将以图形显示的数据保存下来，方便设计者或者客户对数据进行分析、修改，同时用户可以按时、按天、按周、按月进
行数据的查看和导出，从而便于分析。
40.数据处理模块：数据处理模块包括一系列数据处理以及算法便于用户获取物理量的有效信息，由于待测信号有自由场无限高空中超压、爆炸时刻、冲击波持续时间，以及冲击波的传播速度，可以通过等效法来求得，即冲击波位移和经过这段距离所用的时间，再对速度微分，可以得到加速度信号；但是对于炮口冲击波测量来说，测速法只适用于第二超压峰不大于第一超压峰，或没有第二超压峰的炮口冲击波。如果第二超压峰大于第一超压峰，即当时有适宜环境，火炮射击时有严重的二次燃爆现象，用测速法测出的炮口冲击波超压只是第一峰而不是第二超压峰，它的估算与压力场分布情况、装置的材质、结构，以及测试环境等因素有很大的关系。
41.本实用新型的工作过程为：数据采集器触发后能够实时采集压力传感器的电压波形信号，然后将数据流进行高速实时存储，并可保证数据不因断电丢失。试验结束后，经usb或wi-fi通信接口将存储器中存储的数据传输给冲击波数据采集器的上位机中，工作人员采用冲击波数据采集器专用软件对该数据处理后可得到完整的统计数据，具体过程分解如下：
42.1)上电初始化
43.数据采集器上电后默认进入初始化状态，电源指示灯和状态指示灯点亮，各寄存器复位清零，也可以通过上位机发送复位指令进行系统初始化。如果初始化状态正常，则进入待触发状态，否则需要人工进行故障排查。
44.2)等待触发
45.进入待触发状态后，采集器等待触发信号的产生。若仪器工作于外触发方式，则需等待战斗部爆炸后断开触发线，产生的正向脉冲来触发采集器由待触发状态转换到启动记录状态；如果工作于内触发状态，则需等到产生冲击波信号后切换到下一个状态。在待触发状态下，adc模块己经开始采集压力传感器的电压波形，缓存数据流进行循环覆盖；存储器flash芯片进行坏块检测以及好块的擦除，以保证后续启动记录时，存储数据的正确性和可靠性。
46.3)启动记录
47.进入启动记录状态后，从触发点开始到结束采集这段时间内的数据为有效数据，其余的如外场试验中余波产生的振动信号等无用信号不进行采集，记录仪采用流水线方案将数据流实时存储到flash芯片里，存储速率高，数据掉电不丢失，可以长时间保存。
48.4)开启传输
49.数据存储完毕后，记录仪开启数据。