CN101261748A - 姿态测量固态记录器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据记录仪技术领域，具体为一种姿态测量固态记录器，解决现有固态记录器存在体积大、防护结构设计受限以及抗过载能力差等缺陷，包括圆柱防护体，其内分开装有惯性测量组合、电源模块和记录器三部分，记录器由外壳、内胆及顶盖构成，记录器内胆内设有采编、存储电路板及供电电池，在电源模块中设有与供电电池连接的过载开关，惯性测量组合对飞行器角加速度和线加速度的参数测量；电源模块主要给惯性测量组合供电；固态记录器对惯性测量组合的输出信号进行调理、采集和编码。具有体积小、功耗小、通用性好、采样率、记录通道数可调、操作简单、成本低、利于维护、可多次重复使用等优点，适用于飞行器多种参数的获取和测试。

Description

姿态测量固态记录器

技术领域

本发明涉及数据记录仪技术领域，具体为一种应用于飞行器(火箭、炮弹、导弹等武器)姿态参数的实时采集、存储的姿态测量固态记录器。

背景技术

导弹飞行过程中的动态数据通常是由无线电遥测系统获得，而导弹进入黑障区的动态数据主要采用记录器来获取，记录器在载入体落地前被弹出，其回收后可获得导弹黑障区的飞行数据。随着科学技术高速发展，飞行固态记录器记录的内容包括空中飞行姿态方位、角速度、加速度等参数，对飞行数据记录的要求也越来越高。早期的固态记录器，采用磁记录器，为了防止记录器内磁性记忆遭到电流或磁场破坏，固态记录器也要具备抗外界电流、磁场的防护能力，从而导致固态记录器体积庞大、可靠性差、功耗大以及随机存储能力差。上世纪80年代初，国内开始研制固态记录器，采用半导体存储器作为存储介质来实现数据的记录，与传统的磁记录器相比，其虽然在功耗、灵活性、可靠性、抗过载能力等方面有了一定的提高，但因体积较大，防护结构设计受限，在回收过程中不易保护。

发明内容

本发明为了解决现有固态记录器存在体积较大、防护结构设计受限，在回收过程中不易保护以及抗过载能力差、可维护性差、不可重复使用等缺陷，提供一种姿态测量固态记录器。

本发明是采用如下技术方案实现的：姿态测量固态记录器，包括由上圆柱筒体、挡板及下圆柱筒体构成的台阶式圆柱防护体，防护体两端分别设有防护盖，其中上圆柱筒体内装有记录器，该记录器由记录器外壳、装于其内的记录器内胆及与记录器外壳螺纹配合的记录器顶盖构成，记录器内胆内设有采编、存储电路板及为其供电的供电电池，上圆柱筒体上还设有与下圆柱筒体相互配合的绝缘套筒；下圆柱筒体内依次装有惯性测量组合以及通过导线与其连接的电源模块及其端盖，在电源模块中设有与供电电池连接的过载开关，电源模块内还设有用于触发其工作的启动电路板；记录器顶盖一侧、绝缘套筒外壁及下圆柱筒体上分别设有走线槽，采编、存储电路板通过贯穿于走线槽的导线与惯性测量组合连接。本发明所述的采编电路板的采集控制基于FPGA来实现，通过改变FPGA的内部逻辑，可以灵活调整记录器的通道采样率；存储电路板的存储方式采用分块记录方式，上述采集电路板的控制电路以及如何通过改变FPGA的内部逻辑来调整记录器的通道采样率、存储电路板的控制电路及所采用的分块记录技术是本领域的普通技术人员所熟知的，为现有公知技术。所述惯性测量组合也可称为陀螺仪，用于测量飞行器的角加速度和线加速度。

所述记录器外壳由钢材制成，防护体由铝材制成，记录器外壳与防护体之间增设缓冲层，这种缓冲结构使记录器安装拆卸灵活方便，便于电路调试及回收后读数，而且可减小记录器在工作过程中所承受的高冲击和强震动，提高系统工作的可靠性；而采用铝作为记录器外壳的缓冲体，在回收落地过程中可以有效地吸收冲击能量，减小内部结构所承受的高过载。同时，内钢外铝的这种设计方式，也大大减轻了记录器的重量。

所述记录器内胆中，采编存储电路板与供电电池之间设有隔板，其目的是防止在高过载环境下，由于强冲击力使内部灌封缓冲层发生形变，而使供电部分挤压采集存储部分，导致电路板损坏；记录器内胆与采编、存储电路板、供电电池以及记录器外壳之间均设有灌封缓冲层，这样，使得记录器各部分成为一个整体，抗冲击力能力较强，不易损坏，可靠性较好。所述灌封缓冲层可利用灌封材料浇筑而成，此种材料要具有韧性好、耐热、流动性好、强度高等特点，比如有环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶和其它一些橡胶、树脂类。

所述采编、存储电路板采用折叠式结构，此结构设计为现有公知技术，在此可大大减小记录器的体积。

所述记录器顶盖上的走线槽为扇形，由于是扇形，因此可以出线呈“S型”，并且通过装配工艺完成，其目的是防止记录器在飞行过程中，由于旋转引起微小的相对运动，与导线发生错位而导致导线没有运动空间致使导线被拉断；在出线时，使用“S型”走线法，其目的是当高温镀银导线受到较大的外力时，有伸长余量，防止高温镀银导线在高过载情况下被拉断。

所述供电电池包括可充电电池和不可充电电池，由于供电电池是保证记录器飞行过程中数据采集及回收后读取数据的重要部件，所以采用双备份。

所述绝缘套筒顶部一侧设有通过导线与电源模块相连的充电口及保护盖，另一侧设有测试口及保护盖。在飞行器发射前，可通过测试口测试该固态记录器各部分的工作状态是否正常，避免了一系列的拆装过程，而且记录器回收后，也可通过此测试口读取数据。

所述挡板中心及四周分别设有装配孔，其目的是装卸记录器或惯性测量组合及电源模块方便，而且不影响整体机械结构强度；挡板中心两侧开有矩形孔，可将惯性测量组合下方的螺钉装入矩形孔内，起到止转功能；在垂直于矩形孔的中心线上开有惯性测量组合的出线孔。

所述记录器外壳底部与上圆柱筒体之间依次设有毛毡垫和泡沫铝垫，记录器顶盖与防护盖之间设有毛毡垫；惯性测量组合与下圆柱筒体、电源模块之间分别设有毛毡垫，使得整个记录器具有缓冲、减震功能。

与现有技术相比，本发明所述姿态测量固态记录器由惯性测量组合、电源模块和可回收的固态记录器三部分组成，记录器与惯性测量组合、电源模块分开，且通过外面绝缘套筒走线槽方便地用高温镀银导线连接起来，并且此系统不需要其它外部触发信号，因此不会影响武器上的其它设备。惯性测量组合主要对飞行器角加速度和线加速度的参数测量；电源模块主要给惯性测量组合供电；固态记录器主要对惯性测量组合的输出信号进行调理、采集和编码，具有采样精度高、采样率可调等特点。

总之，本发明机械结构采用“圆柱形”结构，具有较好的通用性，适合多种飞行器姿态参数的测量，其特有的“圆柱形”缓冲结构设计以及外绝缘套筒配合走线式设计，可有效保护其回收时内部的采集存储电路板不被损坏，电路系统在高过载情况下所存数据安全、可靠。具有体积小、功耗小、通用性好、采样率、记录通道数可调、操作简单、成本低、利于维护、可多次重复使用等优点，适用于飞行器多种参数的获取和测试。

附图说明

图1为本发明装配结构示意图

图2为本发明装配后的外形示意图

图3为采集存储电路板结构示意图

图4为本发明所述记录器顶盖的结构示意图

图5为本发明所述防护体的结构示意图

图6为图5的A-A剖视图

图7为图5中挡板的结构示意图

图8为本发明所述记录器内胆的内部结构示意图

图中：1-上圆柱筒体；2-挡板；3-下圆柱筒体；4-防护盖；5-记录器外壳；6-记录器内胆；7-记录器顶盖；8-采编、存储电路板；9-绝缘套筒；10-惯性测量组合；11-电源模块；12-端盖；13-过载开关；14-走线槽；15-隔板；16-灌封缓冲层；17-可充电电池；18-不可充电电池；19-充电口；20-保护盖；21-测试口；22-保护盖；23-装配孔；24-矩形孔；25-出线孔；26-毛毡垫；27-泡沫铝垫

具体实施方式

姿态测量固态记录器，如图1、2所示，包括由上圆柱筒体1、挡板2及下圆柱筒体3构成的台阶式圆柱防护体，防护体两端分别设有防护盖4，其中上圆柱筒体1内装有记录器，该记录器由记录器外壳5、装于其内的记录器内胆6及与记录器外壳螺纹配合的记录器顶盖7构成，记录器内胆6内设有采编、存储电路板8及为其供电的供电电池，供电电池包括可充电电池17和不可充电电池18，如图8所示，记录器内胆6中，采编存储电路板8与供电电池之间设有隔板15，记录器内胆6与采编、存储电路板8、供电电池以及记录器外壳5之间均设有灌封缓冲层16；记录器外壳5由钢材制成，防护体由铝材制成，记录器外壳与防护体之间增设缓冲层。上圆柱筒体1上还设有与下圆柱筒体3相互配合的绝缘套筒9，绝缘套筒9顶部一侧设有通过导线与电源模块11相连的充电口19及保护盖20，另一侧设有测试口21及保护盖22；下圆柱筒体3内依次装有惯性测量组合10以及通过导线与其连接的电源模块11及其端盖12，在电源模块11中设有与供电电池连接的过载开关13，电源模块11内还设有用于触发其工作的启动电路板，实现该启动电路板功能的控制电路可采用多种形式实现，本发明提供以下实现形式：在电路板上有集成电路芯片BTS428LS(封装为TO 252-5-11)、若干二极管(型号为MMSD4148LT1，0805封装)、若干电容(其容值为104，0805封装)和若干电阻(阻值为3K，封装0805)，对于集成电路芯片BTS428LS，其功能是当给此芯片为高电平(电压值大于1.6V且小于3.3V)时，此电路将会给惯性测量组合供电；否则，此电路处于低功耗等待状态；

记录器顶盖7一侧、绝缘套筒9外壁及下圆柱筒体3上分别设有走线槽14，采编、存储电路板8通过贯穿于走线槽的导线与惯性测量组合10连接，导线采用高温镀银导线。

如图3所示，采编、存储电路板8采用折叠式结构，其单块电路板尺寸为28mm×22.5mm×1.5mm，连接起来体积不会超过28mm×22.5mm×8mm，两层之间通过电阻腿连接，其中第一层为模拟部分，主要包括模拟信号调理电路；第二层为数字部分，包括A/D转换电路、控制电路等，主要负责完成数据控制和存储，可在线编程；具体实施时，该电路板的采集控制可通过FPGA来实现，通过改变FPGA的内部逻辑程序，可以灵活调整记录器的通道采样率；而且电路板上的存储介质采用Flash Memory，它具有体积小、单片容量大、成本低、非易失性、抗过载能力强等特点；存储方式上采用、存储器分块记录方式。比如，一片FLASH存储器有128M Bytes的存储容量，根据计算32M Bytes的容量就可以把全过程的数据全部记录下来，那么将FLASH内部存储方式按其块地址顺序分为4块，每块均为32M Bytes。当数据存储时，每次顺序检测第1块中是否有数据，如果没有，则把该次启动的记录数据顺序写入第1块中，直到第1块记录满为止，则停止记录并且系统断电。断电后，下一次启动记录也一样检测第一块中是否有数据，有数据，则检测下一块是否有数据，若没有数据，则顺序写入，如果有数据，则依次地址跳到下下一块，记录满则停止，依次类推，直到把4块都写入数据，则不论怎么启动记录，也不会把数据覆盖再写入，除非执行擦除操作把记录器中的数据清空。这种多次启动记录器，存储器分块记录技术具有一定的冗余设计，能够防止误启动而造成整个试验的失败，该技术在实际试验中具有十分重要的意义。

如图4所示，记录器顶盖7上的走线槽为扇形。由于是扇形，因此可以出线呈“S型”，并且通过装配工艺完成。使用“S型”走线法，其目的是当高温镀银导线受到较大的外力时，有伸长余量，防止高温镀银导线在高过载情况下被拉断。

如图5、6、7所示，挡板2中心及四周分别设有装配孔23，挡板中心两侧开有矩形孔24，在垂直于矩形孔的中心线上开有惯性测量组合的出线孔25。

本发明的具体工作过程如下：将姿态测量固态记录器安装到飞行器上，通过测试口检测其工作状态是否正常，并进行调试，由于飞行器的发射过载，使过载开关闭合持续3秒以上(3秒以下系统则不工作)，记录器上的供电电池开始为记录器供电，记录器开始工作。当记录器开始工作后，即使过载开关断开，也不影响系统工作状态，从而保证了系统启动后的可靠性。当记录器工作同时，电源模块在其内部启动电路板的作用下也开始工作，并给惯性测量组合持续供电，此时，惯性测量组合获取外部武器的各项姿态参数，并将信号通过导线传输给记录器，通过FPGA内部逻辑程序控制，记录器进入采集惯性测量组合的输出信号，并对这些输出信号进行编码、存储，从而实现了记录器的采编、存储功能；当记录器记满后，系统自动断电，处于低功耗等待状态。飞行器落地后，回收记录器，通过地面测试系统将记录器内的数据读出并保存，从而完成武器全程飞行姿态的记录和武器侵彻地面攻角的记录。

Claims (9)

1、一种姿态测量固态记录器，其特征是包括由上圆柱筒体(1)、挡板(2)及下圆柱筒体(3)构成的台阶式圆柱防护体，防护体两端分别设有防护盖(4)，其中上圆柱筒体(1)内装有记录器，该记录器由记录器外壳(5)、装于其内的记录器内胆(6)及与记录器外壳螺纹配合的记录器顶盖(7)构成，记录器内胆(6)内设有采编、存储电路板(8)及为其供电的供电电池，上圆柱筒体(1)上还设有与下圆柱筒体(3)相互配合的绝缘套筒(9)；下圆柱筒体(3)内依次装有惯性测量组合(10)以及通过导线与其连接的电源模块(11)及其端盖(12)，在电源模块(11)中设有与供电电池连接的过载开关(13)，电源模块(11)内还设有用于触发其工作的启动电路板；记录器顶盖(7)一侧、绝缘套筒(9)外壁及下圆柱筒体(3)上分别设有走线槽(14)，采编、存储电路板(8)通过贯穿于走线槽的导线与惯性测量组合(10)连接。

2、根据权利要求1所述的姿态测量固态记录器，其特征是记录器外壳(5)由钢材制成，防护体由铝材制成，记录器外壳与防护体之间增设缓冲层。

3、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是记录器内胆(6)中，采编、存储电路板(8)与供电电池之间设有隔板(15)，记录器内胆(6)与采编、存储电路板(8)、供电电池以及记录器外壳(5)之间均设有灌封缓冲层(16)。

4、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是采编、存储电路板(8)采用折叠式结构。

5、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是记录器顶盖(7)上的走线槽为扇形。

6、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是供电电池包括可充电电池(17)和不可充电电池(18)。

7、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是绝缘套筒(9)顶部一侧设有通过导线与电源模块(11)相连的充电口(19)及保护盖(20)，另一侧设有测试口(21)及保护盖(22)。

8、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是挡板(2)中心及四周分别设有装配孔(23)，挡板中心两侧开有矩形孔(24)，在垂直于矩形孔的中心线上开有惯性测量组合的出线孔(25)。

9、根据权利要求1或2所述的姿态测量固态记录器，其特征是记录器外壳(5)底部与上圆柱筒体(1)之间依次设有毛毡垫(26)和泡沫铝垫(27)，记录器顶盖(7)与防护盖(4)之间设有毛毡垫(26)；惯性测量组合(10)与下圆柱筒体(3)、电源模块(11)之间分别设有毛毡垫(26)。

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