CN109253670B

CN109253670B - 一种多弹种引信飞行过程参数测量装置

Info

Publication number: CN109253670B
Application number: CN201710565625.6A
Authority: CN
Inventors: 刘宁; 苏中; 李羚; 李擎; 袁超杰
Original assignee: Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2037-07-13
Also published as: CN109253670A

Abstract

一种多弹种引信飞行过程参数测量装置，该装置包括以下模块：引信特性采集模块、点火信号采集模块、加速度计及信号采集模块、转速信息采集模块、数据处理模块、数据记录模块、电源模块和通信模块。本发明主要进行引信飞行过程参数测量，涉及相关电特性、环境特性，为分析引信在飞行过程中的具体情况提供数据支撑，指导引信研制与生产，同时优化了引信动态测试流程，提高了测量精度，大大缩短了引信的设计周期，其结构和内部装配能够适应多弹种引信，如迫弹、肩扛火箭弹、榴弹等。

Description

一种多弹种引信飞行过程参数测量装置

技术领域

本发明属于引信参数测量技术领域，具体涉及一种多弹种引信飞行过程参数测量装置。

背景技术

众所周知，引信作为战斗部的关键部件，随弹头在膛内运动时一方面要经受发射过载引起的高加速度的冲击作用，另一方面也承受着由于管身剧烈振动而引起的横向冲击载荷的作用，以及飞行过程中的相关动力学作用。在这种载荷的作用下，引信的工作环境十分恶劣，导致引信的安全性和可靠性受到影响而下降。而引信作为火力杀伤的关键作用单元，其安全性、可靠性、特性等，在整个武器系统中有着举足轻重的作用。

引信飞行过程中的相关参数测量是引信研制、生产、工作过程分析的主要依据，而受环境、安装空间等制约，飞行过程中的引信参数测量十分困难。在文献《全弹道引信动态参数记录仪的设计中》，提出了利用薄膜线圈式地磁传感器作为引信转速测量器件，压电式加速度计作为轴向加速度测量器件，利用可编程逻辑阵列实现对AD变换器、电源管理和存储器的控制。但是，该文献并未交代整体工作流程与具体模块分配情况，同时该装置仅对引信外部所受环境信息进行测量，并未涉及引信内部特性记录；除此之外，采用薄膜线圈式地磁传感器体积较大，测量引信转速时会占用大量弹上空间，影响整体弹体气动特性。在文献《引信发射环境多参数动态实测与分析》中，仅对发射过程中引信受力进行测量，并未对引信本身特性进行测量。在文献《引信发展若干问题》中，作者指出引信的信息化是发展趋势之一，而对于引信的特性信息、环境信息的测量也是急需解决的问题。

本发明针对上述问题，提出了一种能够适用于多弹种的引信飞行过程参数测量装置，该装置包括以下模块：引信特性采集模块、点火信号采集模块、加速度计及信号采集模块、转速信息采集模块、数据处理模块、数据记录模块、电源模块和通信模块。本发明主要进行引信飞行过程参数测量，涉及相关电特性、环境特性，为分析引信在飞行过程中的具体情况提供数据支撑，指导引信研制与生产，同时优化了引信动态测试流程，提高了测量精度，大大缩短了引信的设计周期，其结构和内部装配能够适应多弹种引信，如迫弹、肩扛火箭弹、榴弹等。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统引信飞行过程参数测量装置记录数据单一、体积大、存储深度不够的缺点，提出一种能够适用于多弹种的引信飞行过程参数测量装置，该装置有助于科研人员、引信生产厂家，掌握引信的飞行过程参数，从而缩短引信的设计周期，节约了总体设计的开发时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种能够适用于多弹种的引信飞行过程参数测量装置，该装置包括以下模块：

(1)引信特性采集模块

(2)点火信号采集模块

(3)加速度计及信号采集模块

(3)转速信息采集模块

(4)数据处理模块

(5)数据记录模块

(6)电源模块

(7)通信模块

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的引信飞行过程参数测量装置，体积小巧，尺寸为φ24×45mm，可适用于传统迫弹、肩扛火箭弹、榴弹等引信测量要求。

(2)本发明提供的引信飞行过程参数测量装置，包含引信特性测量和引信环境力信息测量两大类测量组成，测量数据实现多元化。

(3)本发明提供的引信飞行过程参数测量装置，采用FPGA+Cotrex-M4的双核架构，采用高速低功耗大容量Flash作为存储介质，同时利用提出的多级速率测量方法，保证了采集速率达200ksps，存储时间达20分钟。

(4)本发明提供的引信飞行过程参数测量装置，可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出引信的设计经验，从而归纳形成设计的规范和标准。

附图说明

图1为多弹种引信飞行过程参数测量装置组成图

图2为多弹种引信飞行过程参数测量装置硬件组成图

图3为多弹种引信飞行过程参数测量装置结构图

具体实施方式

本发明提出的多弹种引信飞行过程参数测量装置(1-1)主要通过引信特性采集模块(1-2)、点火信号采集模块(1-3)、加速度计及信号采集模块(1-4)、转速信息采集模块(1-5)来获取引信在工作过程中的特性参数，以及弹体在飞行过程中的环境力信息；数据处理模块(1-6)负责相应的数据处理，实现电特性信号到环境力信号的转换；数据记录模块(1-7)接收数据处理模块的信息，并进行高速存储；电源模块(1-8)负责引信环境力测量装置供电；通信模块(1-9)用于该装置的数据对外传输以及接受控制指令。

多弹种引信飞行过程参数测量装置的硬件采用FPGA主控制器(2-4)+Cotrex-M4处理器(2-5)双核心架构，利用并行处理架构提高高速ADC(2-2)数据采集频率并有效进行数据补偿，利用带有高速多线程缓冲机制的数据存储器进行高速数据存储，具体结构框图如图2所示。

选用STM的429系列芯片进行任务调度与数据处理，选用Xilinx的Spartan-6系列FPGA作为数据采集控制器，负责系统的数据采集和逻辑控制。利用高速ADC(数据吞吐率200kHz)进行电容调制信号、弹体环境力、点火信号和涡轮发电机信号采集。通过FPGA采集相关信号后存储与高速双口RAM中进行缓冲，Cortex-M4处理器操作Flash持续存储DPRAM中数据，实现高速数据采集与存储。数据对外传输，利用USB接口进行传输，实现数据实时显示以及高速数据回读。

本发明提供的多弹种引信飞行过程参数测量装置如图1所示，具体如下：

(1)引信特性采集模块

引信特性采集模块主要采集引信的电信号特性，以电容进炸引信为例，电特性主要涉及检波信号采集、发电机信号采集、稳压信号采集。其中，检波信号幅值在0V～20V，点火电压阈值为50mV。在进行该类信号采集时，选用数据吞吐率为200kHz，分辨率为16位的高速ADC进行数据采集，采集分辨率达0.3mV，能够完整复现电容特性曲线，并保证采集精度。发电机信号采集模块，输入电压量程为±30V，采集带宽为200kHz，能够完全复现输出涡轮发电机输出信号。

(2)加速度计及信号采集模块

加速度计选用高带宽振动型加速度计，测量带宽为1.6kHz，量程为±150g。采用正交摆放方式，实现弹体轴向上的振动信号测量。

(3)转速信息采集模块

包括大量程MEMS陀螺仪和HMC1053磁强计，弹体在滚转过程中，其地磁矢量成相对规则运动，利用地磁零交叉点法进行转速测量；同时陀螺仪测量输出转速为。对于这两组转速测量结果，均进行采集。

(4)数据处理模块

数据处理模块主要用于补偿加速度计、陀螺仪和磁强计信号，包括：温度补偿、线性度补偿和安装误差补偿，有效提高整体测量精度。

(5)数据记录模块

数据记录模块主要包括两部分：高速缓冲器(DPRAM，双口RAM)和数据存储器(Flash)，通过多线程缓冲机制能够完成数据存储。

(6)电源模块

电源模块主要包括：ADC供电电源(+5V和3.3V)、数据前端处理电源(±35V)、数据处理器电源(+1.25、+1.8V和+3.3V)、存储器电源(+3.3V和+1.8V)。系统供电电压为3.7V±0.4，工作时间20分钟。

(7)通信模块

通信模块采用的通信采用USB接口，实现高速数据的向上传输。

一种能够适用于多弹种的引信飞行过程参数测量装置，该装置的主要结构采用堆栈式设计，如图3所示。包括电路板1(3-2)、电路板2(3-4)、电路板3(3-6)、电路板4(3-8)，同时还包括安装螺钉1(3-11)、安装螺钉2(3-1)、安装螺钉3(3-3)、安装螺钉4(3-10)、安装螺钉5(3-12)、安装螺钉6(3-5)、安装螺钉7(3-13)、安装螺钉8(3-14)、安装螺钉9(3-7)、安装螺钉10(3-15)、安装螺钉11(3-16)、安装螺钉12(3-9)。其中，引信特性采集模块(1-2)、点火信号采集模块(1-3)安装于电路板1(3-2)上；加速度计及信号采集模块(1-4)、转速信息采集模块(1-5)安装于电路板2(3-4)上；数据处理模块(1-6)、数据记录模块(1-7)安装于电路板3(3-6)上；电源模块(1-8)、通信模块(1-9)安装于电路板4(3-8)上。该结构尺寸为φ24×45mm。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种多弹种引信飞行过程参数测量装置，其特征在于：该装置的主要结构采用堆栈式设计，该结构尺寸为φ24×45mm；包括第一电路板(3-2)、第二电路板(3-4)、第三电路板(3-6)、第四电路板(3-8)、12颗安装螺钉、引信特性采集模块(1-2)、点火信号采集模块(1-3)、加速度计(1-4)、转速信息采集模块(1-5)、数据处理模块(1-6)、数据记录模块(1-7)、电源模块(1-8)和通信模块(1-9)；其中，引信特性采集模块(1-2)、点火信号采集模块(1-3)安装于第一电路板(3-2)上；引信特性采集模块(1-2)采集引信的电信号特性，点火信号采集模块(1-3)采集点火信号；引信特性采集模块(1-2)、点火信号采集模块(1-3)选用数据吞吐率为200kHz，分辨率为16位的高速ADC进行数据采集，采集分辨率达0.3mV；加速度计(1-4)、转速信息采集模块(1-5)安装于第二电路板(3-4)上；加速度计(1-4)选用高带宽振动型加速度计，测量带宽为1.6kHz，量程为±150g，采用正交摆放方式，实现弹体轴向上的振动信号测量；转速信息采集模块(1-5)包括大量程MEMS陀螺仪和HMC1053磁强计，弹体在滚转过程中，其地磁矢量成相对规则运动，利用地磁零交叉点法进行转速测量，同时陀螺仪测量输出转速，对于这两组转速测量结果，均进行采集；数据处理模块(1-6)、数据记录模块(1-7)安装于第三电路板(3-6)上；数据记录模块(1-7)包括高速双口RAM和数据存储器Flash；数据处理模块(1-6)采用FPGA主控制器(2-4)+Cotrex-M4处理器(2-5)双核心架构，选用STM的429系列芯片进行任务调度与数据处理，选用Xilinx的Spartan-6系列FPGA作为数据采集控制器，负责系统的数据采集和逻辑控制；通过FPGA采集相关信号后存储于高速双口RAM中进行缓冲，Cortex-M4处理器操作数据存储器Flash持续存储高速双口RAM中数据，实现高速数据采集与存储；电源模块(1-8)、通信模块(1-9)安装于第四电路板(3-8)上；通信模块(1-9)采用USB接口，实现高速数据的向上传输；数据对外传输，利用USB接口进行传输，实现数据实时显示以及高速数据回读。