岳振華 岳鳳英 王恩懷 李嘉瑜

摘要：基于炮彈彈體在飛行過程中模擬信號(hào)以及高沖擊侵徹過載數(shù)據(jù)的測(cè)試和記錄，設(shè)計(jì)一種微型高過載彈載數(shù)據(jù)采集記錄儀。記錄儀以 STM32為狀態(tài)控制芯片，以 FPGA 為采集主控芯片，控制多路模擬開關(guān)以及高速 A/D 轉(zhuǎn)化器，實(shí)現(xiàn)采集彈體上10通道模擬數(shù)據(jù)，以及三軸加速度沖擊傳感器在侵徹過程中X、Y、Z 三軸實(shí)時(shí)沖擊值的采集，采集數(shù)據(jù)后寫入 Flash 存儲(chǔ)單元，發(fā)射完畢可以對(duì) Flash 回收，通過上位機(jī)讀數(shù)軟件可以對(duì) Flash 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回讀。通過整體灌封和多重防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證記錄儀在沖擊過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)不損壞。試驗(yàn)結(jié)果表明，記錄儀可以對(duì)多通路模擬信號(hào)進(jìn)行記錄，誤差僅有1%，并且同時(shí)對(duì)硬目標(biāo)侵徹過程進(jìn)行不低于49000 g 的高過載沖擊值記錄，可以滿足高沖擊彈載數(shù)據(jù)的采集和儲(chǔ)存要求，具有功耗低、體積小、抗高沖擊、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)采集; FPGA;零點(diǎn)補(bǔ)償;高沖擊過載

中圖分類號(hào)： TJ412文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1674–5124（2021）12–0124–07

Design of micro high impact overload missile borne data recorder

YUE Zhenhua1，YUE Fengying1，WANG Enhuai2，LI Jiayu1

（1. School of Electrical and Control Engineering， North University of China， Taiyuan 030051， China;2. School of Instrument and Electronics， North University of China， Taiyuan 030051， China）

Abstract： Based on the test and record of the simulation signal of the projectile in flight and the overload data of high impact penetration， A miniature high overload missile borne data acquisition recorder is designed. The recorder uses STM32 as the state control chip and FPGA as the acquisition main control chip， and controls multi-channel analog switches and high-speed A/D converters， thus realizing the acquisition of 10 channels of analog data on the projectile and the acquisition of real-time impact values of X， Y and Z axes of the triaxial acceleration impact sensor in the penetration process， and writing the acquired data into the Flash memory unit. after the launch， the Flash can be recovered， and the data in the Flash can be read back through the upper computer reading software. The internal structure of the recorder is not damaged during the impact process through integral encapsulation and multiple protection structure design. The experimental results show that the recorder can record multi-channel analog signals with an error of only 1%， and record the high overload impact value of not less than 49000g during the penetration process of hard targets， which can meet the requirements of data collection and storage on high impact missiles， and has the advantages of low power consumption， small size， high impact resistance and high accuracy.

Keywords： DC/DC voltage conversion; data collection; FPGA; zero compensation; high impact overload

0引言

隨著武器裝備的現(xiàn)代化，炮彈武器上的彈載電子設(shè)備的日益增多與復(fù)雜化，研發(fā)人員需要對(duì)炮彈點(diǎn)火和飛行過程中許多工作狀態(tài)模擬參數(shù)進(jìn)行采集與分析，彈體對(duì)硬目標(biāo)進(jìn)行侵徹沖擊時(shí)，也要記錄實(shí)時(shí)侵徹過載沖擊加速度值，從而對(duì)炮彈的性能進(jìn)行評(píng)估與改進(jìn)。國(guó)內(nèi)彈載記錄儀主要針對(duì)單軸加速度沖擊值的采集，對(duì)三軸加速度沖擊傳感器記錄儀涉及較少。本設(shè)計(jì)針對(duì)這個(gè)問題研制了一種既可以采集彈體飛行過程中多個(gè)通道的模擬信號(hào)，同時(shí)對(duì)彈體在侵徹過程中所受到 X、Y、Z 三軸方向上沖擊加速度值的采集。與現(xiàn)有的將單軸測(cè)試裝置通過多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)的三軸測(cè)試裝置不同，設(shè)計(jì)采用了三軸 MEMS 高過載加速度沖擊傳感器，保持了 X、Y、Z 數(shù)據(jù)采樣的同步性[1]。設(shè)計(jì)還通過狀態(tài)控制器進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)，在非采集狀態(tài)下，進(jìn)入低功耗模式，低功耗電流僅為2～5 mA。在接收到采集觸發(fā)信號(hào)300 ms后迅速進(jìn)入采集工作狀態(tài)，采集完畢后再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)等待下一次觸發(fā)，并且設(shè)有法拉電容可以對(duì)采集中間突然掉電后10 ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果表明，彈載記錄儀滿足了對(duì)彈體飛行模擬數(shù)據(jù)的采集，以及對(duì)侵徹過載加速度沖擊值的采集，具有采集精度高、容量大、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

1記錄儀總體設(shè)計(jì)原理

1.1總體原理設(shè)計(jì)

彈載數(shù)據(jù)記錄儀分為四部分，電源管理模塊、狀態(tài)控制部分、數(shù)據(jù)采集與控制部分、過載信號(hào)調(diào)理與采集部分。電池管理模塊提供3.6 V 電池、28 V 電池、USB 調(diào)試電源三種供電方式。狀態(tài)控制模塊進(jìn)行各功能模塊的配置與控制，在接收到有效采集信號(hào)后控制數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集回的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Flash 中，等采集結(jié)束后，上位機(jī)軟件可以通過 USB 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)回讀。圖1為數(shù)據(jù)記錄儀整體結(jié)構(gòu)圖。

1.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

記錄儀在對(duì)硬目標(biāo)進(jìn)行硬目標(biāo)侵徹試驗(yàn)時(shí)會(huì)有幾萬 g 的高沖擊加速度，伴隨著高頻振動(dòng)與噪聲，記錄儀結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹脂整體灌封減震設(shè)計(jì)，殼體采用多重防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中間層填充緩沖材料做立體保護(hù)，吸收掉由外層傳進(jìn)的沖擊能量[2]。內(nèi)層是金屬內(nèi)殼，進(jìn)行二次保護(hù)。最內(nèi)層的為存儲(chǔ)芯片，其周圍用高硬度的樹脂材料進(jìn)行填充，以保證記錄儀在高沖擊加速度下內(nèi)部電路不損壞，能夠正常對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并保證對(duì)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)回讀時(shí)Flash 不能被損壞，可以正常通過上位機(jī)軟件進(jìn)行讀數(shù)繪圖分析[3]。

圖2為記錄儀整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中數(shù)據(jù)記錄儀的內(nèi)殼外形結(jié)構(gòu)尺寸為上底直徑100 mm，下底直徑80 mm，彈體內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄儀的質(zhì)量?jī)H有0.6 kg。

2硬件模塊分析

2.1 MCU 狀態(tài)控制模塊設(shè)計(jì)

記錄儀狀態(tài)控制模塊是數(shù)據(jù)記錄儀功能運(yùn)行的控制中樞，其實(shí)現(xiàn)基于低功耗微控制器 STM32，其功能組成如圖3所示。

電壓監(jiān)測(cè)、電源狀態(tài)監(jiān)測(cè)用于獲取供電電源電壓及供電狀態(tài)信息，如供電來源，是否掉電等，為記錄儀執(zhí)行運(yùn)行時(shí)序切換提供依據(jù)。狀態(tài)控制模塊在待機(jī)狀態(tài)處于低功耗狀態(tài)，關(guān)閉低功耗微控制器不必要的功能外設(shè)，開啟外部觸發(fā)檢測(cè)功能及電源接入檢測(cè)功能，等待外部觸發(fā)信號(hào)的接入。

該模塊接收兩路觸發(fā)信號(hào)，兩路信號(hào)經(jīng)濾波整形后輸入至低功耗微控制器的捕捉/比較模塊，當(dāng)脈寬滿足觸發(fā)條件時(shí)，低功耗微控制器退出待機(jī)狀態(tài)，閉合上電開關(guān)，為負(fù)載供電。負(fù)載處于就緒狀態(tài)后，輸出采集時(shí)長(zhǎng)脈沖，同時(shí)監(jiān)測(cè)供電狀態(tài)，以控制脈沖寬度。

2.2電源管理模塊設(shè)計(jì)

彈載記錄儀在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)時(shí)，在彈體發(fā)射前期需要準(zhǔn)備很長(zhǎng)時(shí)間以及記錄儀數(shù)據(jù)回收需要工作很長(zhǎng)時(shí)間，因此需要對(duì)記錄儀進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)。記錄儀通過外部電源輸入經(jīng)過多級(jí) DC/DC 轉(zhuǎn)換電路，提供 MCU 以及數(shù)據(jù)采集電路所需供電電壓。記錄儀電源管理模塊功能圖如圖4所示。記錄儀外部供電提供28 V 電源，5 V USB 調(diào)試電源，3.6 V 供電電池三種供電方式，電源的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)?8 V、5 V、3.6 V。

待機(jī)模式下，作為負(fù)載，記錄儀狀態(tài)控制模塊工作在低功耗模式，其檢測(cè)電源輸入和外部觸發(fā)輸入信號(hào)狀態(tài)。在檢測(cè)到觸發(fā)有效時(shí)，記錄儀狀態(tài)控制模塊閉合數(shù)據(jù)采集模塊的供電開關(guān)，控制生成5 V 電源;同時(shí)，閉合數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)控制模塊、存儲(chǔ)模塊的供電開關(guān)，控制生成負(fù)載所用電源。運(yùn)行條件下，記錄儀狀態(tài)控制模塊控制數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)，在數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)功能結(jié)束后，關(guān)閉用電負(fù)載[4]。

圖4中，續(xù)航電源采用小容量法拉電容。以工作狀態(tài)下所估算的電流消耗為參考，在考慮第一級(jí) DC/DC 電源（5 V，3.3 V）所允許輸入電壓跌落范圍、電源轉(zhuǎn)換器效率的條件下，方案所采用法拉電容可維持掉電后大于40 ms的工作時(shí)長(zhǎng)，滿足掉電后數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄。

2.3數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

模擬信號(hào)數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈路如圖5所示。

0～40 V 的10路模擬量經(jīng)過電阻分壓、多路復(fù)用、跟隨驅(qū)動(dòng)后輸出0～2.5 V 信號(hào)，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化編碼。采集電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用了 AD7924，有四個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換通道，分別為多路復(fù)用器的輸出與X、Y、Z 三路模擬數(shù)據(jù)。

多路復(fù)用器采用 ADG732模擬多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器最多可以有32個(gè)模擬通道，在同一時(shí)刻只有一個(gè)通道可以輸出。設(shè)計(jì)中的模擬信號(hào)采集前端電路如圖6所示。

圖6中 R1、R2為多路復(fù)用器前端通道的分壓電阻，最初設(shè)計(jì)中阻值分別為392 kΩ、26.1 kΩ，以實(shí)現(xiàn)輸入0～40 V 向 ADC 輸入0～2.5 V 的衰減轉(zhuǎn)換，R1//R2等效為信號(hào)源電阻 Rs，約24.7 kΩ。經(jīng)查詢ADG732器件手冊(cè)，Cs、Cd 分別為13 pF、340 pF， Ron 為多路復(fù)用器導(dǎo)通電阻，電阻值為4Ω。Rin 為運(yùn)放輸入電阻，因?yàn)椴捎玫恼喔S器，該阻值很大，約10 MΩ。采用該模型在官方網(wǎng)站計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明在1%測(cè)量誤差條件下，每通道最高采樣率約為2.294 kS/s。而該信號(hào)鏈路的帶寬（–3 dB ）為16 kHz，按照10路采樣計(jì)算，可等效帶寬1.6 kHz 。在設(shè)計(jì)需求中單通道采樣率為10 kS/s，由于每通道帶寬限制，采用10 kS/s/CH 采樣率會(huì)出現(xiàn)較大的采樣誤差，假定輸入是5 V，但測(cè)得到的值可能為3.5 V 。查看數(shù)據(jù)手冊(cè)后發(fā)現(xiàn)多路復(fù)用器的最大采樣速率等于建立時(shí)間與通道數(shù)量乘積的倒數(shù)，多路復(fù)用器的建立時(shí)間與外部信號(hào)源電阻 Rs、內(nèi)部參數(shù) Cs、Cd、 Ron 有關(guān)。經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn) Rs信號(hào)源電阻是影響采樣帶寬、采樣誤差的主要因素，Rs 越大建立時(shí)間越長(zhǎng)，最大采樣速率越低，因此設(shè)計(jì)改變了前端分壓電阻的阻值大小，變?yōu)樽畛踉O(shè)計(jì)的1/10，則最大采樣速率可以達(dá)到22 kS/s/CH 左右，可以完全滿足設(shè)計(jì)的采樣要求。

設(shè)計(jì)采用型號(hào)為 EP4CE22E22的 FPGA 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)控制的主要功能，其模塊交聯(lián)圖如圖7所示。

圖7為 FPGA 數(shù)據(jù)采集模塊與記錄儀其他模塊的交聯(lián)圖。FPGA 邏輯主要功能包括了運(yùn)行環(huán)境初始化、參數(shù)離線配置，與微控制器間的通信與數(shù)據(jù)傳輸、控制指令解析、觸發(fā)輸入處理、數(shù)據(jù)采集時(shí)序生成、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)編幀、Flash 數(shù)據(jù)存取等。該部分執(zhí)行對(duì)模擬通道的零點(diǎn)調(diào)整的配置，配置數(shù)據(jù)來源于固化在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的工作參數(shù)區(qū)域或上位機(jī)軟件的操作設(shè)置[5]。

運(yùn)行狀態(tài)下，記錄儀狀態(tài)控制模塊向其輸出觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)脈寬即表征了本次數(shù)據(jù)采集的時(shí)長(zhǎng)，脈寬結(jié)束，數(shù)據(jù)采集過程即結(jié)束。采集時(shí)長(zhǎng)觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，ADC 開始轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)緩存用于從 ADC 獲取到的數(shù)據(jù)在 FPGA 內(nèi)部進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，為下一步數(shù)據(jù)成幀寫入 Flash 提供支持，F(xiàn)PGA 邏輯采用 FIFO 和雙端口RAM 進(jìn)行緩存[6]，原理示意圖如圖8所示。

圖中，由多路復(fù)用器路由的10路模擬信號(hào)共享一個(gè)深度為4096 Byte 的 FIFO，傳感器 X、Y、Z 三軸分別用一個(gè)4096 Byte 的 FIFO 。FIFO 讀控制均采用半滿讀取策略，每一個(gè) FIFO 數(shù)據(jù)編幀后以地址遞增順序?qū)?048 Byte 為單位寫入雙端口 RAM;待雙端口 RAM 有效數(shù)據(jù)達(dá)到4096 Byte 后，通知雙端口 RAM 讀控制器讀取已知地址范圍段數(shù)據(jù)，并寫入 Flash 存儲(chǔ)器;數(shù)據(jù)寫入 Flash 成功后，雙端口 RAM 讀控制邏輯通知寫邏輯，可繼續(xù)向該地址范圍段數(shù)據(jù)寫入[7]。

設(shè)計(jì)選用了2 GB 容量的 NAND Flash 存儲(chǔ)器，作為非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體。其有效存儲(chǔ)容量2076 MB，典型數(shù)據(jù)寫入速率在2.8～9 MB/s[8]。

2.4過載信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

記錄儀采用量程為60000 g 的三軸高沖擊 MEMS 加速度傳感器，傳感器輸出經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路完成零點(diǎn)失調(diào)、信號(hào)放大后，輸出0.1～2.5 V 信號(hào)至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由其進(jìn)行量化編碼，沖擊信號(hào)鏈路帶寬約為12 kHz。在實(shí)際測(cè)試中每一軸由于制作工藝以及外部溫度的影響通常會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)輸出電壓有一定的偏移量[9]，在測(cè)試中所用到的三軸沖擊傳感器會(huì)有最大±15 mV 的偏移電壓，該偏移電壓通過后級(jí)放大器會(huì)對(duì)傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集產(chǎn)生很大的誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤。需要在采集過程中根據(jù)外界環(huán)境溫度值對(duì)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)零點(diǎn)失調(diào)補(bǔ)償[10]。

記錄儀在沖擊范圍為±30000 g 條件下對(duì)傳感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。ADC 的基準(zhǔn)電壓設(shè)置為2.5 V，設(shè)計(jì)需要將傳感器的零點(diǎn)輸出補(bǔ)償至1.3 V，使傳感器輸出1.3 V 對(duì)應(yīng)零點(diǎn)時(shí)無沖擊輸入狀態(tài)，輸出2.5 V 對(duì)應(yīng)正向沖擊輸入最大值+30000 g，輸出0.1 V 對(duì)應(yīng)反向沖擊輸入的最大值–30000 g。圖9為三軸沖擊傳感器零點(diǎn)失調(diào)補(bǔ)償電路圖。

AD8237是一款微功耗、零漂移、軌到軌輸入和輸出儀表放大器，沖擊加速度傳感器輸出的三軸毫伏級(jí)的差分信號(hào)通過 AD8237進(jìn)行放大以及通過對(duì) FB 和 REF 引腳進(jìn)行電壓補(bǔ)償，可以將傳感器的零點(diǎn)輸出補(bǔ)償?shù)?.3V 。AD8237進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)的簡(jiǎn)化電路如圖10。

圖中的VIN+、VIN一為傳感器差分輸入，Vout為零點(diǎn)補(bǔ)償后的輸出，Vzero為輸入的補(bǔ)償值，VREF為基準(zhǔn)電壓輸入。從簡(jiǎn)化圖中可以看出，儀表放大器AD8237基于間接電流反饋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由三個(gè)放大器組成：兩個(gè)匹配跨導(dǎo)放大器（OTA），用于將電壓轉(zhuǎn)換為電流;一個(gè)跨阻放大器（TIA），用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓。對(duì)于這兩個(gè)跨導(dǎo)放大器，根據(jù)“虛短”、“虛斷”有：

對(duì)于三軸沖擊加速度傳感器差分輸入VIN有：

其中：

根據(jù)式1、2、3、4整理可得：

Vout的值與VIN、VREF、Vzero和各自對(duì)應(yīng)的放大分量有關(guān)。由于三軸沖擊加速度傳感器 X、Y、Z 三軸各自的零點(diǎn)差分輸出不同，在不同溫度下輸出的變化也不同，對(duì)傳感器進(jìn)行零點(diǎn)失調(diào)補(bǔ)償時(shí)對(duì)X、Y、Z 三軸不同的差分輸入需要不同的補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償[11]。因此根據(jù)公式5可以改變VREF、Vzero和R60、R61、R62的值使不同傳感器保持在相同的零點(diǎn)輸出。

VREF、Vzero都是由 DAC 芯片 AD5666產(chǎn)生的，溫度傳感器將外界實(shí)時(shí)溫度傳給 FPGA，F(xiàn)PGA 則根據(jù)溫度值將固化在 Flash 內(nèi)部每一溫度下對(duì)應(yīng)的 X、Y、Z 三軸十六進(jìn)制補(bǔ)償值通過 SPI 通訊方式傳輸?shù)?AD5666中，轉(zhuǎn)換后三軸零點(diǎn)補(bǔ)償值VXzero、VYzero、VZzero通過 AD8237零點(diǎn)失調(diào)電路進(jìn)行補(bǔ)償。

在高低溫試驗(yàn)箱對(duì)傳感器三軸進(jìn)行溫度補(bǔ)償，測(cè)量出將傳感器三軸補(bǔ)償?shù)搅泓c(diǎn)電壓1.3 V 所需的補(bǔ)償值，測(cè)試溫度分別為–40℃、–20℃、0℃、20℃、40℃、60℃。圖11為四組在高低溫試驗(yàn)箱測(cè)得的數(shù)據(jù)在Matlab中做出補(bǔ)償電壓隨溫度變化曲線。

將這些補(bǔ)償值固化在 Flash 中，F(xiàn)PGA 上電后，先將這些數(shù)據(jù)通過 DAC 傳送至零點(diǎn)補(bǔ)償電路，保證三軸沖擊傳感器的零點(diǎn)在1.3 V 才可以開始對(duì)三軸傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)記錄儀的抗高沖擊性能，設(shè)計(jì)了針對(duì)記錄儀的抗沖擊測(cè)試工裝對(duì)傳感器進(jìn)行了馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)[12]，圖12為馬歇特錘擊試驗(yàn)工裝圖。試驗(yàn)中傳感器采用型號(hào)為 CA-YD-111T 的壓電式加速度傳感器，靈敏度為0.0036 PC/（m/s2），為電荷輸出型，在傳感器后端接一個(gè)電荷放大器，電荷放大器采用型號(hào)為 YE5852，設(shè)置傳感器“mV/Unit”輸出刻度為1，輸出表示0.036 mV/g，通過示波器觀察受沖擊時(shí)的輸出電壓波形，就可計(jì)算出記錄儀在錘擊過程中受到的沖擊值[13]。記錄儀上電后，進(jìn)行錘擊試驗(yàn)，示波器顯示的波形如圖13所示。

圖中可以看到示波器最大值為1.78 V，通過計(jì)算可得最高沖擊值為49000 g 左右。并且在實(shí)驗(yàn)過程中記錄儀可以完成正常數(shù)據(jù)采集工作，滿足設(shè)計(jì)要求。

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)記錄儀采集可靠性，連接引信進(jìn)行了點(diǎn)火試驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)20 s，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)記錄儀進(jìn)行回收，讀取 Flash 數(shù)據(jù)，對(duì)回讀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析繪制波形如圖14所示。

從繪制的波形看，各通道波形圓滑無尖刺，證明數(shù)據(jù)采集沒有丟幀、誤碼現(xiàn)象，而且與引信設(shè)計(jì)波形、幅值數(shù)值相比，記錄儀采集誤差僅為1%，可以滿足數(shù)據(jù)采集的要求。

4結(jié)束語

設(shè)計(jì)了一種微型高沖擊彈載記錄儀，該記錄儀通過多 FIFO 緩存結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多通道模擬數(shù)據(jù)以及沖擊傳感器數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)。該系統(tǒng)通過電源管理模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)工作模塊的分級(jí)管理控制，通過低功耗功能實(shí)現(xiàn)了在休眠狀態(tài)下僅有2 mA 功耗電流，提高了設(shè)備的工作效率。通過多層防護(hù)結(jié)構(gòu)既保證了記錄儀結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性的同時(shí)也將質(zhì)量控制在0.6 kg 左右，滿足彈上空間狹小的特點(diǎn)。最后試驗(yàn)表明設(shè)備在49000 g 過載情況下，能夠正常工作，有效記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)誤差僅為1%。

參考文獻(xiàn)

[1]張亮， 張振海.李科杰.基于三軸加速度傳感器的彈載存儲(chǔ)測(cè)試裝置[J].探測(cè)與控制學(xué)報(bào)學(xué)報(bào)， 2016， 38（2）：13-17.

[2]陳宏亮， 馬少杰.張錦明.彈載高沖擊三維加速度存儲(chǔ)測(cè)試儀[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)， 2018， 39（2）：41-45.

[3]任小軍， 尤文斌.周優(yōu)良.抗高過載防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與性能測(cè)試[J].包裝工程， 2017， 38（11）：64-68.

[4]何凡， 趙紅亮.基于 ARM 的彈載記錄儀的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 2019， 32（5）：41-44.

[5]丁紅暉， 馬游春， 蘇慶慶.基于高速 eMMC 存儲(chǔ)的彈載記錄儀設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 2018， 41（6）：70-73.

[6]劉雪飛， 馬鐵華， 劉延輝.高速彈載記錄儀存儲(chǔ)技術(shù)研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)， 2016， 37（2）：25-30.

[7]朱金瑞， 王代華，.蘇尚恩存儲(chǔ)式彈載數(shù)據(jù)記錄儀存儲(chǔ)可靠性技術(shù)研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)， 2019， 40（1）：159-162.

[8]李金強(qiáng)， 李杰， 張德彪.微型彈載沖擊信號(hào)記錄儀設(shè)計(jì)[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 41（4）：305-309.

[9]陶燦輝，賈云飛， 蘭潔.某型火炮抗高過載內(nèi)測(cè)控制器研究[J].中國(guó)測(cè)試， 2020， 46（11）：90-95.

[10]朱平安， 張曉龍.基于 ARM 的彈丸姿態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計(jì)[J].艦船電子工程， 2015， 35（2）：150-153.

[11]楊帆， 吳志強(qiáng)， 王宇.基于過載上電的彈載飛行數(shù)據(jù)記錄儀研究[J].自動(dòng)化儀表， 2020， 41（9）：80-84.

[12]鄭智貞， 楊富偉， 鄭浩鑫.一種高過載彈載記錄儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].制造工業(yè)自動(dòng)化， 2019， 41（4）：145-147.

[13]靳書云， 靳鴻， 張艷兵.抗高沖擊彈載記錄儀[J].火力與指揮控制， 2014， 39（10）：53-55.

（編輯：劉楊）