CN105160725A - 一种自供电测量存储装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自供电测量存储装置，包括采集模块、存储模块和自供电模块；存储模块包括完全一致的存储板A和存储板B；自供电模块在外界供电消失后，切换锂电池组供电，锂电池组供电结束后氧化银电池组供电。同时提供一种装置回收方法，飞行器落地后，外界供电消失，供电切换模块切换为自供电模式，采集模块继续采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；完成飞行试验后，找回回收装置，从回收装置中取出测量存储装置，读取数据。本发明能满足在恶劣环境下，微秒级采集精度，宽信号范围模拟信号的测量需求，特别对于获取飞行器出筒段、出水段、再入段、飞行器落地瞬间的触地信号，通过特定的结构设计有效减缓大冲击。

Description

一种自供电测量存储装置及回收方法

技术领域

本发明涉及一种信号测量装置及回收方法，能完成在高冲击和飞行器整体落地环境下微秒级瞬态信号的测量，特别是测量落地时的触发信号及飞行器飞行试验完成后的数据回收问题，通过此测量和回收方法，只要飞行器有信号发出，就能测量到信号，并通过结构防护及对弹上信号供电时间不进行约束的方法，实现对飞行器信号的测量及回收，属于信号遥测领域。

背景技术

在遥测系统中，通过硬回收遥测的方法，能获取飞行器的制导信息、雷达数据、热、力学环境参数、控制及姿态等信息，特别对于获取飞行器出筒段、出水段、再入段、飞行器落地瞬间的触地信号，不但涉及到存储容量和存储速率的要求，更涉及到只要飞行器系统有信号发出，存储器就能测量、存储到信号，也就是存储器后于全弹断电，保证对飞行器信号的接收，此文介绍一种抗大冲击微秒级信号测量及回收方法，通过自供电、高码率及循环存储的方式，以及对存储器有效结构防护，解决各种信号，特别是瞬态信号的测量问题，并保证数据的可靠回收。

对抗大冲击微秒级信号测量及回收方法进行了资料检索，主要结果说明如下：

中北大学在存储研制方面做了较多相关研究及设计工作，主要论文及研究有：刘文怡“某系统大容量数据存储器设计”，《硕士学位论文》2011年12月、冯妮、张会新“双通道高速图像数据存储器的设计与实现”，《计算机测量与控制》2012年第20期、敖妙、祖静“弹载多路参数采集大容量固态存储器”，《伺服控制》2012年第1期、秦丽、何慧珠、张会新“基于USB2.0的通用FLASH存储器检测系统设计”，《电测与仪表》2008年第4期。以上论文和研究仅涉及到存储器的设计方法、实现及应用，没有涉及到对高速瞬态信号的测量，也没涉及对大冲击落地环境存储器回收的方法。

中国科学院研究生院陆浩、王振占“高速大容量固态存储器设计”，《计算机工程》2011年8月。该文献采用基于FLASH的固态大容量存储器设计方法、实现及应用领域。

电子科技大学光电信息学院舒文丽，吴云峰“基于NANDFlash的海量存储器的设计“，《电子器件》2012年2月、浙江工业大学占红武胥芳“基于DDR2存储器的FIFO设计“,《机电工程》2011年10月。以上论文仅涉及到存储器中某关键技术的解决方法。

检索结果表明，已有设计和研究工作主要是存储器的设计方法，存储器实现的关键技术及实现等。中北大学的刘文怡、冯妮、敖妙、秦丽等。中国科学院研究生院的陆浩，主要论述仅涉及到存储器设计方法、实现及应用，电子科技大学光电信息学院舒文丽，浙江工业大学占红武仅论述某存储器实现的关键技术。

综上所述，根据资料检索结果，相关文献未涉及对抗大冲击飞行器落地环境的多腔体整体加灌封结构设计，全飞行段微秒级瞬态信号测量，飞行器断电后存储器还能自供电一段时间的方法，宽范围信号的测量及冗余电路设计的通用化设计方法。

发明内容

本发明解决的问题是：对抗大冲击(轴向不小于30000g)飞行器落地环境，全飞行段微秒级瞬态信号测量，宽范围信号的测量及余量电路设计的通用化设计。此种方法，能测量全飞行段，特别是飞行器出筒段、出水段、再入段、飞行器落地瞬间的触地信号；存储器采用多腔体整体结构加灌封的设计方法，以便应对存储器飞行试验完成后的回收问题；为了实现存储器兼容不同飞行器的宽范围设计问题，采用宽测量范围及对测量路数冗余设计的方法来应对飞行器的通用化要求。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种自供电测量存储装置，包括采集模块、存储模块和自供电模块；

存储模块包括完全一致的存储板A和存储板B；

所述采集模块采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

自供电模块包括供电切换模块、锂电池组、氧化银电池组，所述供电切换模块在外界供电消失后，切换锂电池组供电，锂电池组供电结束后氧化银电池组供电。

其中存储装置包括多腔体结构，多腔体结构包括内壳体、外壳体；

所述内壳体包括多个独立的腔体，所述采集模块、存储板A、存储板B、锂电池组、氧化银电池组分别置入多腔体结构的一个腔体内；

所述内壳体置于外壳体内部，内壳体和外壳体之间设置缓冲材料；

所述外壳体头部为半球形。

其中存储装置放入回收装置中，所述回收装置的内腔与多腔体结构的外形匹配；回收装置从外层到内层依次包括高强度钢外壳、非金属灌封层、铝合金防护层、非金属轴向垫片。

其中非金属轴向垫片包括毛毡和橡胶。

其中锂电池组包括锂电池组A和锂电池B，二者供电电压相同，低于外界供电电压；所述氧化银电池组包括氧化银电池组A和氧化银电池组B，二者供电电压相同，低于锂电池组供电电压。

其中供电切换模块包括5个二极管，二极管D1将外界供电切换为自供电；二极管D2用于切换至锂电池组A供电，二极管D3用于切换至锂电池组B供电，二极管D4用于切换至氧化银电池组B供电，二极管D5用于切换至氧化银电池组B供电。

其中所述采集模块包括测试接口，用于读取存储板A和存储板B内的数据。

同时提供一种基于所述装置回收方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将自供电测量存储装置装入回收装置中，回收装置装入飞行器；

(2)在外界供电模式下，采集模块采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

(3)飞行器落地后，外界供电消失，供电切换模块切换为自供电模式，采集模块继续采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

自供电模式下先由锂电池组供电，锂电池组工作电压低于氧化银电池组工作电压后，切换为氧化银电池组供电；

(4)完成飞行试验后，找回回收装置，从回收装置中取出测量存储装置，读取存储板A和存储板B中存储的数据。

其中步骤(2)中存储模块采用循环存储的方式存储数据。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明能满足在恶劣环境下，微秒级采集精度，宽信号范围模拟信号的测量需求，有效解决不同弹种信号的测量。特别对于获取飞行器出筒段、出水段、再入段、飞行器落地瞬间的触地信号。

(2)本发明采用多腔体整体结构加灌封的方法，把存储器装入回收装置的方法，有效减缓大冲击力学环境，特别是飞行器落地时的触地信号；采用飞行器断电后存储器还能自供电一段时间的方式，保证在被测信号工作的情况下，就能测量到信号；采用循环存储的方法，保证了对全弹供电时间无要求，通过监控飞行器输出电压的方法，在飞行过程中无需某个信号来触发存储器而完成系统自供电，保证了系统设计简洁，测试方便，系统工作可靠。

(3)对于各种通过无线手段不能完成测量任务的，对于在恶劣环境下要获取测量数据的，特别对于要获取瞬时信号的测量，包括触地时的信号，都可以用本发明的设计方法来完成测量任务。

附图说明

图1为本发明信号存储器组成框图；

图2为本发明存储板原理框图；

图3为本发明存储板回收数据示意图；

图4为本发明测量存储装置原理框图；

图5存储器多腔体整体结构示意图；其中图5(a)为多腔体结构外形尺寸示意图；图5(b)为多腔体结构示意图；图5(c)为多腔体结构俯视图；

图6回收装置结构示意图；

图7存储工作流程图。

具体实施方式

为了实现对热、力学环境参数、控制及姿态等信息，特别对于飞行器出筒段、出水段、再入段、飞行器落地瞬间的触地信号。测量到以上信号，涉及到以下几个方面的内容：一、需要对瞬态参数的采样率高达250kHz，数据宽度不小于8位，完成对高速信号的测量；二、解决弹上产品供电时间不限制，且要能测量到需要的瞬态信号，包括落地时的触爆信号；三、解决轴向冲击不小于30000g和全弹整体落地的回收要求；四、解决只要飞行器有信号发出，就一定能测量到信号的可靠性要求；五、满足不同飞行器的通用化测量要求。

针对以上几个方面的内容，通过以下方法来实现：一、对高码率的瞬态信号，采用测量通道不小于250kHz的采样率，数据宽度16位的高码率芯片和时钟来完成；二、采用循环存储的方式，根据飞行试验要求，存储容量大于飞行时间50％的存储要求，实现对需要信号的全飞行时段测量，且数据不被覆盖；三、采用在飞行器系统断电后，存储器还能自供电一段时间的方法，保证只要在落地瞬时信号发出，就能测量、存储到信号；四、存储结构采用多腔体整体结构设计，在每个空腔中，用灌封材料进行填充，保证存储器在大冲击落地环境下各采集板得到分腔保护，在外层采用回收装置装入存储器的方法，实现不小于30000g以上冲击和全弹整体落地的回收；五、采用宽范围测量的设计方法和硬件测试路数冗余的方法，满足存储测量的通用化要求。

一、测量存储装置

主要由采集和存储模块、供电模块、存储空腔结构设计、硬回收体设计组成。具体实施如下。

(1)采集和存储模块的组成

采集和存储模块主要由采集板、存储板A、存储板B三个模块组成，模块之间采用导线连接，主要完成信号的采集、存储。

(2)采集板设计

其主要完成功能：

1)接收模拟信号、数字信号和触点信号，有异常处理手段，模拟信号须经过隔离运放，由中心处理器FPGA控制A/D转换器进行数据的转换。采集板原理框图见图4，采集板采集数字信号、模拟信号、触点信号，模拟信号通过分压电路、隔离电路、多路开关电路、运放电路和AD转换电路，由中心处理器来采编。数字信号和触点信号通过隔离电路、隔离电路，由中心处理器采编。对所有数据采编，形成数据流。

2)采集板完成和地面的测试，对弹上电池进行补充电，发控制指令，向存储板发打包好的存储数据，判断存储器中的那组电池给弹上供电，对输入飞行器转换电压进行实时监测，是弹上供电情况的判断依据。

3)对采集的模式信号和数字量进行组帧、打包，写入存储板A和存储板B中，双备份。

4)能够通过充电测试接口与地面测试台进行通讯和数据传输，能够读取存储卡A和存储卡B中的数据。

5)备用读数接口，飞行试验完成后，读取数据。

(3)存储板设计

存储板A和存储板B完全一致，存储板的原理框图如图2所示，由数据接口、备用读数接口、接口保护电路、中心处理逻辑和FLASH芯片组成。。其功能如下。

1)数据接口读取图1信号存储器组成框图中信号输入接口的数据。

2)备用读数接口直接通过中心处理逻辑读取FLASH芯片数据。

3)接口保护电路用于对模拟信号分压、隔离，对数字信号光电隔离，实现对被测系统及本系统的保护。

4)FLASH芯片完成对测量数据的存储，通过电源转换，保证全弹供电及自

供电数据的完整保存。

上电后信号采集板(见图1)的(数据线和读写时钟线)处于输出状态，存储器的(数据线和读写时钟线)处于输入状态；若信号存储器进入采集状态后，接口方向不变，若进入读数状态，采集板(见图1)的(数据线和读写时钟线)处于输入状态，存储器的(数据线和读写时钟线)处于输出状态。

(4)高码率及存储模块设计

1)为了实现高码率，需要采用高码率芯片，采用边擦边写和循环记录的方式，通过中心处理器FPGA控制模拟通道的切换，来完成高码率要求和弹上供电无时间要求的安全性设计。

2)存储器每路采样率不小于250kHz，故晶振应为路数×250k的整数倍，采用16bit的转换器。

3)采用隔离，保证信号的互不干扰。

(5)自供电模块设计

1)自供电工作状态

自供电通过电池组接口A和电池组接口B实现，电池组A和电池组B是互为备份关系，在飞行器断电后，存储器自供电使用。由于采用电池组材料不一样，其作用也不同：锂电池组满足多次充、放电要求，能满足地面多次测试；氧化银纽扣电池一次充电要求，放电后不可恢复，抗力学环境效果好，不容易毁坏，主要为飞行试验完成后的数据回读使用。电池电压根据系统要求，对电池串联、并联或串并联结合使用来达到供电电压要求。

信号存储器的工作电源由二次电源(12V)、锂电池组A(8.4V)、锂电池组B(8.4V)、氧化银电池组A(7.5V)、氧化银电池组B(7.5V)提供。电池接口的连接方式如图4所示，采用二极管D1-D5实现电源切换。D1-D5的负极端相连，连接储能电容，二极管D1的正极端连接二次电源输出端，二极管D2的正极端连接锂电池组A输出端，二极管D3的正极端连接锂电池组B输出端，二极管D4的正极端连接氧化银电池组A输出端，二极管D5的正极端连接氧化银电池组B输出端。

当这五组电源同时存在时，二次电源(12V)给信号存储器供电，在二极管D1的作用下，锂电池组A(8.4V)、锂电池组B(8.4V)、氧化银电池组A(7.5V)、氧化银电池组B(7.5V)不向信号存储器提供电源，具体见图4中的电池供电部分。

当二次电源(12V)消失后，锂电池组A(8.4V)、锂电池组B(8.4V)给信号存储器供电，在二极管D2和二极管D3的作用下，氧化银电池组A(7.5V)、氧化银电池组B(7.5V)不向信号存储器提供电源。

当二次电源(12V)消失后及锂电池组A(8.4V)、锂电池组B(8.4V)供电小于7.5V时，在二极管D4和二极管D5的作用下，氧化银电池组A(7.5V)、氧化银电池组B(7.5V)给信号存储器供电。

2)锂电池组设计

锂电池组采用两节(单节电压为3.7V，充满能达到4.2V)串联而成。

3)氧化银(纽扣)电池组设计

氧化银(纽扣)电池组采用5节(单节电压为1.5V)串联而成。

4)选用两种电池优点

两种电池：锂电池组完成地面测试，抗力学环境弱。氧化银电池组不可逆，是锂电池组的备保，抗力学环境好。

(6)抗大冲击的结构设计

存储器采用多腔体整体结构设计，外形尺寸示意图见图5(a)，多腔体整体结构如图5(b)所示，包括外壳盖1，毛毡盖2，内壳体盖3，毛毡4，采集板腔5，第一电池腔6，第一存储板腔7，第二存储板腔8，第二电池腔9，内壳体10，外壳体11。在每个空腔中，用灌封材料进行填充，内壳体和外壳体前端采用弧形结构，内、外壳体采用高强度钢存储器壳体(F175)，通过毛毡隔离，能保证存储器在大冲击落地环境下各采集板的分腔保护。保证存储器在大冲击落地环境下各采集板的分腔保护。存储器结构多腔体尺寸俯视图见图5(c)。

(7)硬回收装置设计

硬回收装置本体外形采用前部球、锥、柱组合外形，有利于在侵彻过程中降低冲击影响。硬回收装置的外形示意图见图6，存储器装入硬回收装置的腔体中，硬回收装置本体外形采用前部球、锥、柱组合外形，有利于在侵彻过程中降低冲击影响。在设计上形成了从外到内的高强度钢外壳(F175)—非金属灌封层—铝合金防护层(变形层)—非金属垫片(毛毡和橡胶、轴向)。高强度钢(F175)用于抵抗大的力学环境，防止硬回收装置外形变形，非金属灌封层的材料采用环氧树脂或聚氨酯泡沫用来降低表面高温向回收装置内部的热传导。采用金属外壳、非金属灌封层、铝合金防护层的强度高-低-高的复合防护结构，及非金属灌封层、铝合金防护层和多腔体结构外壳之间的细毛毡和航空橡胶可以用自身的破坏和变形吸收变形影响和冲击能量，防止高过载引起的强度破坏向内部传递。

(8)通用化设计

采用宽范围测量方法及硬件留出余量的方法，来完成对多种信号的测量，如测量5V或28V电压，采用测量0～40V范围的A/D芯片，硬件上设计多路参数的测量，各种信号种类1：1备保，实现存储器的通用化设计。

二、存储器工作流程如下：

存储器工作流程图见图7，其工作如下：

1)对存储器初始化。初始化各端口，变量的初始参数，确保每次上电初始状态相同。

2)弹上、地面供电识别。通过弹上供电和地面供电采用不同通道来识别，如果通道A(地面供电通道)有电，则置RW为“1”，如果通道B(弹上供电通道)有电，则置RW为“0”。

3)如果RW为“1”，则是地面供电，用于地面测试，主要对存储器数据进行回读，对回读数据进行处理判断，数据处理完后，结束测试。

4)弹上供电，信号存储器上电后，对RW信号进行消抖处理(消抖方式待定)，若RW＝‘0’保持2S，向存储缓冲区发一组“FF”信号，信号存储器以微秒的速度进入循环记录状态，采集精度为16bit。

5)如果RW为“0”，则为弹上供电状态，如果确认弹上断电，存储器电池供电5秒(供电时间可以改变)，电池供电有存储器两种电池组电压决定，先采用锂电池组，如果锂电池电压低于氧化银电池电压，由氧化银电池供电。如果断电后再监控供电情况，哪种电池电压高，那种电池供电，5秒后，如果检测到电压约为弹上供电电压，则直接转入弹上供电存储记录状态，如果检测到电压小于弹上电池最大供电电压，则工作流程结束。

三、回收方法如下：

1)将自供电测量存储装置装入回收装置中，回收装置装入飞行器；

2)在外界供电模式下，采集模块采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

3)飞行器落地后，外界供电消失，供电切换模块切换为自供电模式，采集模块继续采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

自供电模式下先由锂电池组供电，锂电池组工作电压低于氧化银电池组工作电压后，切换为氧化银电池组供电；

4)完成飞行试验后，找回回收装置，从回收装置中取出测量存储装置，读取存储板A和存储板B中存储的数据。

从而实现全弹断电后，还能在自供电模式下存储断电后的瞬态信号。

四、本发明与现有技术相比效果如下：

1)现有技术的对象是存储器如何进行存储设计，本发明针对采用高码率来测量瞬态信号专门设置的存储器。

2)现有技术涉及的是某项存储器实现的关键技术，本发明是一种全弹断电后还能自供电的存储器，及在飞行器断电后，存储器还能自供电一段时间的方法，实现只要飞行器有信号发出，存储器就一定能测量到信号。

3)现有技术测量瞬态信号只是部分时段，本发明是飞行器全飞行段都进行测量，信号测试全面。

4)本发明主要研究目的是存储器设计的实现手段，在存储器完成对信号的存储后，还涉及到如何通过对存储器的结构设计来完成对抗高冲击落地环境，即采用多腔体整体结构加灌封的方法，对电路板整体保护，并通过把存储器放入回收装置的办法，实现对存储器的硬回收。

5)本发明还研究通过一种通用化的设计方法，实现对宽范围信号的测量，同时通过硬件冗余的设计方法，实现对多种类信号的测量及信号路数扩展的要求。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种自供电测量存储装置，其特征在于：包括采集模块、存储模块和自供电模块；

存储模块包括完全相同的存储板A和存储板B；

所述采集模块采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

自供电模块包括供电切换模块、锂电池组、氧化银电池组，所述供电切换模块在外界供电消失后，切换锂电池组供电，锂电池组供电结束后氧化银电池组供电。

2.根据权利要求1所述自供电测量存储装置，其特征在于，存储装置包括多腔体结构，多腔体结构包括内壳体（10）、外壳体（11）；

所述内壳体包括多个独立的腔体，所述采集模块、存储板A、存储板B、锂电池组、氧化银电池组分别置入多腔体结构的一个腔体内；

所述内壳体（10）置于外壳体（11）内部，内壳体（10）和外壳体（11）之间设置缓冲材料（4）；

所述外壳体（11）头部为半球形。

3.根据权利要求1所述自供电测量存储装置，其特征在于，存储装置放入回收装置中，所述回收装置的内腔与多腔体结构的外形匹配；回收装置从外层到内层依次包括钢外壳、非金属灌封层、铝合金防护层、非金属轴向垫片。

4.根据权利要求3所述自供电测量存储装置，其特征在于，非金属轴向垫片包括毛毡和橡胶。

5.根据权利要求1所述自供电测量存储装置，其特征在于，锂电池组包括锂电池组A和锂电池B，二者供电电压相同，低于外界供电电压；所述氧化银电池组包括氧化银电池组A和氧化银电池组B，二者供电电压相同，低于锂电池组供电电压。

6.根据权利要求5所述自供电测量存储装置，其特征在于，供电切换模块包括5个二极管，二极管D1将外界供电切换为自供电；二极管D2用于切换至锂电池组A供电，二极管D3用于切换至锂电池组B供电，二极管D4用于切换至氧化银电池组B供电，二极管D5用于切换至氧化银电池组B供电。

7.根据权利要求1所述自供电测量存储装置，其特征在于，所述采集模块包括测试接口，用于读取存储板A和存储板B内的数据。

8.一种基于权利要求1所述装置回收方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将自供电测量存储装置装入回收装置中，回收装置装入飞行器；

（2）在外界供电模式下，采集模块采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

（3）飞行器落地后，外界供电消失，供电切换模块切换为自供电模式，采集模块继续采集信号分别发送到存储模块的存储板A和存储板B；

自供电模式下先由锂电池组供电，锂电池组工作电压低于氧化银电池组工作电压后，切换为氧化银电池组供电；

（4）完成飞行试验后，找回回收装置，从回收装置中取出测量存储装置，读取存储板A和存储板B中存储的数据。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于步骤（2）中存储模块采用循环存储的方式存储数据。