CN105300197A - 加固式数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加固式数据采集系统，包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统，均采用铝合金面板将铝合金一体锻压成型的机箱封闭，机箱内壁设计有加强筋，外壁设计有散热槽；便携式数据采集系统中的电路模块采用插接方式固连机箱并通过锁紧条紧固；手持式数据采集系统中的电路模块堆叠在机箱中并通过电源模块供电。本发明适用于大当量静爆试验测试数据采集，采用加固式、小型化设计，满足防尘、防振、抗强电磁干扰、便于携带等要求。

Description

加固式数据采集系统

技术领域

本发明属于靶场试验测试技术领域，涉及一种用于采集、记录冲击波、破片速度等电信号的测试系统。

背景技术

静爆试验威力参数测试是弹药研制过程中非常重要的一个环节，通过静爆试验威力参数测试，考核弹药的爆炸威力，获得必要的试验数据，为弹药的设计改进及效能评估提供试验数据支撑。随着大当量战斗部威力试验的开展，与普通战斗部静爆试验相比，战斗部爆炸时产生的冲击振动更大，破坏作用比普通炸药大得多，要可靠采集爆炸过程中的冲击波、破片等数据，就要求采集设备必须具备抗高冲击、振动、以及抗强电磁干扰的功能。以往的基于PCI总线的数据采集系统已经不能满足大当量战斗部静爆试验测试的需求，这就要求加固式的数据采集系统。

目前采用的数据采集系统，是PCI总线形式的，机箱采用普通的塑料外壳，内部板卡采用插接式，散热采用和工控机一样模式的风扇散热，机箱上留有大量的散热孔。这种结构形式在使用、运输的过程中板卡极易松动、氧化，导致开机后检测不到板卡而影响测试数据的采集，并且由于机箱上留有大量的散热孔，防尘效果差，在野外测试时灰尘、沙粒极易进入到机箱内部而影响设备性能，普通小当量静爆试验中一般采用海绵将机箱四周包裹进行减振、防尘即可，在大当量静爆试验中，由于战斗部爆炸时产生的强振动和冲击有可能将数据采集设备机箱壳体振裂，导致板卡插槽松动，不能采集到冲击波、破片等数据，对试验结果的评估产生影响，因此，急需开发一套新的具有加固、防尘功能的数据采集系统，以满足新型弹药武器系统大当量静爆试验的测试需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种数据采集系统，适用于大当量静爆试验测试数据采集，采用加固式、小型化设计，满足防尘、防振、抗强电磁干扰、便于携带等要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统；所述的便携式数据采集系统包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口和系统接口；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，前后两端分别用铝合金材质的前后面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；内部安装板采用铝制冷板，各个电路模块通过减振垫镶嵌在内部安装板上，内部安装板和机箱之间采用插接方式固连，且通过锁紧条紧固；所述的输入输出接口均采用BNC接口，布设在后面板上，所述的系统接口和指示灯、功能按钮布设在前面板上，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭；所述的手持式数据采集系统包括上下面板、机箱、电路模块、输入输出接口、系统接口和电池模块；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，上下两端分别用铝合金材质的上下面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；所述的电路模块堆叠在机箱内，并由电池模块供电；所述的输入输出接口均采用BNC接口，和系统接口一起布设在机箱上，所述上面板上布设有指示灯和功能按钮，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭。

所述的电池模块采用宽温锂电池，位于机箱底部。

所述的前后面板、上下面板和机箱均采用6mm后的铝合金制成。

本发明的有益效果是：

1)采用了全铝合金加固式结构设计，在抗振动、冲击方面较以往数据采集系统相比大大提高，可以满足大当量静爆试验冲击波、破片等数据的采集存储工作。

2)根据试验布设传感器数量不同设计了不同通道、不同结构的设备结构，可满足不同的试验测试需求，并对8通道和4通道设备进行了小型化、直流供电设计，便于携带和运输。考虑野外使用发电机不方便，在测试路数不是很多的情况下，用具有直流供电功能的8通道或4通道数据采集系统即可，提高测试设备了现场操作的便携性。

3)采用全封闭式铝合金设计结构代替留有大量散热孔的原有机箱，防尘、防沙、抗电磁干扰性能好，并采用传导散热技术，提高了设备的环境适用性和电磁兼容性能。

附图说明

图1是便携式数据采集系统的结构示意图；

图2是手持式数据采集系统的结构示意图；

图3是便携式数据采集系统的模块示意图；

图4是本发明的外部连接示意图；

图中，1-外部接口，2-后面板，3-机箱，4-内部安装板，5-前面板，6-前面板的加强板，7-上面板，8-内部安装板，9-内部安装板之间的加强筋，10-电池模块，11-电池模块盖板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供了一种基于加固式、传导散热方式的数据采集、记录的测试装置，应用于大当量战斗部冲击波、破片速度等数据采集中。

本发明分为便携式和手持式两种结构形式，通过以下技术方案实现：

便携式数据采集系统包括32通道和16通道两种方案，包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口、系统接口等。前后面板、机箱均采用6mm厚的铝合金进行加固设计，不同于以往工控机机箱的工业塑料材质，在野外恶劣环境使用时容易破裂，该机箱采用铝合金一体锻压成型，内壁设计加强筋以起到加固的作用。抗冲击能力达到20g。机箱表面不带散热孔，保证野外操作时灰尘、沙粒不能进入到机箱内部。表面设计散热槽，保证设备良好散热，可靠工作。内部安装板采用铝制冷板，电路模块通过减振垫镶嵌在铝制冷板内部，铝制冷板和机箱之间采用插接式，通过锁紧条进行紧固。信号输入接口包括32/16通道采集输入接口和1通道外部触发输入接口，输出接口包括外部触发输出接口。输入输出接口均采用BNC接口，布设在设备背面。系统接口包括网络接口、USB接口、VGA显示接口、电源输入口等接口，GPS天线安装支架与WLAN天线接口等，同时，面板上还分布有指示灯和功能按钮。系统接口均采用军品圆形航空连接器。所有的接口设计都带有密封圈和减振垫，同时给每个接口都设计了密封盖，在不使用时，所有的接口都盖上密封盖，保证设备整个结构的密闭性和抗振动的能力。便携式内部电路模块采用通用加固式零槽控制器模块，采集速率高，存储容量大，适合应用在传感器布设数量比较多的试验中；

手持式数据采集系统包括8通道和4通道两种方案，包括上下面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口、系统接口、电池模块等。手持式数据采集系统在结构设计上和便携式一样，都采用加固式的结构设计，和便携式数据采集系统不同的是内部模块堆叠在一起，体积比较小，只有200mmx150mmx50mm(长、宽、高)，可以手持操作，可以直流供电，供电时间大于4小时，省去了试验现场使用发电机的工作量。手持式数据采集系统内部采用基于ARM的嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，采集及下载速率较便携式低，适合应用在传感器布设数量比较少或者传感器布设比较分散的试验中。

本发明的实现还在于设备内部结构采用模块化设计，包括系统模块、激励源模块、采集模块、无线数据传输模块、GPS模块和电源模块。32通道和16通道设备所有模块和机箱之间采用插接形式，每个模块采用锁紧条进行锁紧以增加设备的抗振性和可靠性；8通道和4通道所有模块以堆叠形式组装在一起，内部结构分上、下两部分，所有内部模块都安装于下部腔体中，上部面板主要安装指示灯和开关。上下两部分之间具有加强筋，一方面起安装固定的作用，另一方面对内部安装结构进行加固。

本发明的实现还在于设备内部安装板采用铝制冷板，该铝制冷板增加了设备的传导散热、紧固模块、抗冲击振动、电磁屏蔽等功能；每个模块都带有锁紧条，通过锁紧条可以使模块牢牢固定在机箱内，模块热量通过锁紧条传导至设备外壳。模块电路板镶嵌于铝制冷板内部，提高其抗冲击、振动能力。

本发明的实现还在于8通道和4通道设备采用直流供电模式，设备电池采用宽温锂电池，电池位于底部电池腔体内，由盖板进行密封，同时起到屏蔽和保护电池的作用。该电池具有良好的循环使用寿命、高安全性，优异的高低温放电性能，正常使用情况下，电池不需要取出，当电池达到额定使用寿命后，可使用螺丝刀对电池盖板进行拆卸，即可取出电池进行更换。

本发明的实现还在于对于内部高发热模块，如电源模块，其加固结构件自身也具备散热槽，以提高模块散热效率，加快设备达到热平衡。

本发明的实现还在于整个机箱采用全封闭铝合金设计，机箱表面不带散热孔，设计具有散热槽可增强散热效果，提高了设备的防尘、抗冲击、振动，密闭性和电磁兼容性能，可在环境相对恶劣的场合使用。

本发明的实现还在于机箱外观不带屏幕，由笔记本直接控制。笔记本和设备之间用网络进行连接，保证了在野外寒冷的环境下不会因为显示屏的温度限制导致设备运行不正常。

便携式数据采集系统的结构如图1所示，外部接口1包括输入输出接口，设计在设备的前后面板，输入接口采用BNC接口，系统连接接口布设在设备正面，采用圆形航空连接器。接口设计都带有密封圈和减振垫，同时给每个接口都设计了密封盖，在不使用时，所有的接口都盖上密封盖，保证设备整个结构的密闭性和抗振动的能力。后面板为6mm厚的铝合金面板，通过锁紧螺丝加减振垫和机箱3相连。机箱3采用6mm厚的铝合一体锻压成型，内壁设计加强筋以起到加固的作用，机箱3表面不带散热孔，保证野外操作时灰尘、沙粒不能进入到机箱内部。表面设计散热槽，保证设备良好散热，可靠工作。电路模块通过减振垫镶嵌在安装板4内部，内部安装板4和机箱3之间采用插接式，通过锁紧条进行紧固。所有系统接口均设计在前面板5上，和后面板2的连接方式一样，前面板5通过锁紧螺丝加减振垫和机箱3相连。

手持式数据采集系统如图2所示，内部结构分上、下两部分，上面板7采用6mm厚的铝合金面板进行设计，主要安装指示灯和开关，通过锁紧螺丝加减振垫和机箱3相连。电路模块镶嵌于内部安装板8内，安装板以堆叠的形式组装在一起，之间设计加强筋9，一方面起安装固定的作用，另一方面对内部安装结构进行加固。内部安装板8镶嵌于机箱内，通过导电密封胶条进行减振密封。机箱3采用6mm厚的铝合一体锻压成型，表面不带散热孔，保证野外操作时灰尘、沙粒不能进入到机箱内部。左右两面设计散热槽保证设备良好散热，可靠工作。外部接口设计在手持式设备的前面和后面，正面设计系统接口，背面设计输入输出，系统接口采用军品圆形航空连接器，输入输出接口采用BNC接口，接口设计都带有密封圈和减振垫，同时给每个接口都设计了密封盖，在不使用时，所有的接口都盖上密封盖，保证设备整个结构的密闭性和抗振动的能力。电池模块位于底部电池腔体内，由电池盖板11进行密封，同时起到屏蔽和保护电池的作用。

手持式数据采集系统的内部模块如图3所示，系统模块实现整个设备的控制和数据传输、数据处理功能。采用通用加固式零槽控制器模块。基于X86架构，在用最新Intel低功耗处理器及芯片组，支持1GBDDR2RAM，16GB加固电子硬盘，支持IEEE802.11b/g标准无线网络。具备丰富外围设备接口，如USB接口、RJ45网口、VGA显示接口等；模块还具备外部触发输入、输出和PXI总线触发功能，配合PXI背板上的触发总线能实现灵活的触发信号控制盒触发信号路由。系统模块通过PXI总线与采集模块、激励模块进行数据交互，总线宽度32-bit，总线时钟33MHz。

采集模块实现模拟信号调理和采集功能，并具备大容量板载高速缓存，用以缓存段时间内上百兆的数据流量，保证在规定时间内数据部丢失。采集完成后，数据会由系统模块读取到电子盘中进行存储或上传。每个采集模块具备4通道并行采集能力，整个设备需要8个采集模块。

激励源模块主要实现0～20mA恒流源激励，电流大小程控设置。每个激励源模块具备16通道并行输出能力，整个设备需要2个激励源模块。

电源模块实现AC-DC转换。将220V交流电源转换为系统所需的5V，3.3V，12V等直流电源。额定总功率预计小于100W。

GPS模块实现GPS授时与外触发时刻捕获功能，通过外接GPS天线接收信号，并进行数据解析，相关解析数据可由系统模块读取。同时提供1PPS同步秒脉冲信号用于系统GPS触发。

本发明的外部连接如图4所示，系统模块基于嵌入式处理器和实时操作系统技术，包含基本的手持设备功能，如输入/输出接口、显示、数据存储和电源管理等功能，同时集成GPS模块和支持IEEE802.11b/g标准的无线传输模块。系统模块与功能模块通过内部总线进行数据传输，其中系统模块集成总线主控制器，功能模块集成总线从控制器。

功能模块根据不同的设备功能需求进行配置。包含两个功能模块：多通道数据采集模块和多通道激励源模块。其中多通道数据采集模块用于传感器输出电压信号的采集；多通道激励源模块用于提供传感器工作所需的恒流源激励。

显示/按键模块用于安装指示灯、按键及其驱动电路。通过相应接口与系统模块连接。

Claims (3)

1.一种加固式数据采集系统，包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统，其特征在于：所述的便携式数据采集系统包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口和系统接口；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，前后两端分别用铝合金材质的前后面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；内部安装板采用铝制冷板，各个电路模块通过减振垫镶嵌在内部安装板上，内部安装板和机箱之间采用插接方式固连，且通过锁紧条紧固；所述的输入输出接口均采用BNC接口，布设在后面板上，所述的系统接口和指示灯、功能按钮布设在前面板上，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭；所述的手持式数据采集系统包括上下面板、机箱、电路模块、输入输出接口、系统接口和电池模块；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，上下两端分别用铝合金材质的上下面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；所述的电路模块堆叠在机箱内，并由电池模块供电；所述的输入输出接口均采用BNC接口，和系统接口一起布设在机箱上，所述上面板上布设有指示灯和功能按钮，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭。

2.根据权利要求1所述的加固式数据采集系统，其特征在于：所述的电池模块采用宽温锂电池，位于机箱底部。

3.根据权利要求1所述的加固式数据采集系统，其特征在于：所述的前后面板、上下面板和机箱均采用6mm后的铝合金制成。