CN110044290A

CN110044290A - 一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪

Info

Publication number: CN110044290A
Application number: CN201910323804.8A
Authority: CN
Inventors: 郭君; 郝宁; 张寅�; 张磊; 赵鹏铎
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: CN110044290B

Abstract

本发明涉及快速测量识别领域，具体涉及一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪。包括信号采集处理模块、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块以及装置保护模块；信号采集处理模块分为采集和处理两部分；单片机信号数据处理模块位于装置内部的主板基座之上；触摸屏模块位于装置外壳的顶部；电源模块位于装置内部主板旁边；装置保护模块环绕在装置四周以及装置底部；本发明通过以上模块集成，实现了实船爆炸试验中舰船毁伤状态检测，通过自编程序的的合理起始条件设置，可以通过舰船应变数据有效获得舰船毁伤位置与毁伤程度；采用电木材料的装置外壳结构可靠、轻便快捷，有效保护了试验过程中内部模块的正常工作。

Description

一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪

技术领域

本发明涉及快速测量识别领域，具体涉及一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪。

背景技术

由于在现代海战中，舰船在遭受武器攻击后是否能维持作战的抗冲击能力对于克敌制胜起着关键作用，而如何快速有效的检测舰船遭受爆炸毁伤后的毁伤状态，则是提高舰船抗冲击能力以及作战能力的前提。由于武器对舰船的毁伤极其复杂，所以单纯的理论分析、数值仿真甚至是模型试验的毁伤分析结果等都难以完全应用到实船之上。

目前，随着我国海军科技力量的高速发展，实船爆炸试验越来越多，但该类试验主要验证武器系统的毁伤能力，注重舰船毁伤的宏观效果，并不能有效获得需要的舰船毁伤数据，严重制约了我国舰船抗冲击能力的研究。

因此，实船爆炸试验中急需一种行之有效的方法获得毁伤数据进行舰船毁伤状态检测，为提高舰船抗冲击能力提供服务。

发明内容

本发明的目的在于提供能够快速识别和测量舰船爆炸毁伤后的毁伤位置与毁伤程度的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪。

本发明的目的是这样实现的：

一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，包括信号采集处理模块、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块以及装置保护模块；信号采集处理模块分为采集和处理两部分，采集部分位于装置外侧，处理部分位于装置内部；单片机信号数据处理模块位于装置内部的主板基座之上；触摸屏模块位于装置外壳的顶部，通过螺栓固定在装置外壳上；电源模块位于装置内部主板旁边；装置保护模块环绕在装置四周以及装置底部，各部分通过螺栓相互连接。

技术说明：

信号采集处理模块，包括：A/D转换器2、滤波放大器3、主板基座4、光纤光栅应变传感器13和加速度传感器14；A/D转换器2和滤波放大器3位于主板基座4上，光纤光栅应变传感器13和加速度传感器14通过进线孔由装置内部伸出；加速度传感器14作为采集触发装置给出触发信号至光纤光栅应变传感器13，光纤光栅应变传感器13采集舰船遭受毁伤后的舰船结构应变信号至滤波放大器3，滤波放大器3放大与过滤上述两个传感器上的微弱电信号至A/D转换器2，A/D转换器2将电信号转换成数字信号；

其中，所述光纤光栅应变传感器13的应变计背面自带胶条用于预固定，光纤光栅应变传感器13通过胶固定到待测实船结构表面上；

所述加速度传感器14的规定阈值为100g，g为自由落体加速度取值9.8m/s²，当舰船加速度达到规定阈值时触发装置开始数据处理，加速度传感器14固定到待测实船结构表面上；

单片机信号数据处理模块，包括：主板基座4、蜂鸣器7、主板8、存储器9和单片机开发板；蜂鸣器7、主板8和存储器9位于主板基座4上；单片机信号数据处理模块接收并处理信号采集处理模块得到的数字信号，处理后的数据保存至存储器9并输出；

其中，所述单片机开发板程序内容主要包括：

程序1：开发程序，设定采集数据起止点，当加速度传感器信号大于阈值100g，程序2 至程序4启动，否则不进行程序运行；

程序2：开发程序，将光纤光栅应变传感器测得的舰船应变数据转换成舰船固有频率数据；

程序3：测量前通过开发神经网络预程序，对舰船毁伤固有频率映射到舰船毁伤位置和毁伤程度的训练模型程序；

程序4：开发程序，在测量过程中采用程序3中的神经网络预程序识别舰船毁伤的固有频率与舰船毁伤位置和毁伤程度；

程序5：开发程序，若毁伤程度大于70％，蜂鸣器启动报警。

触摸屏模块，包括：触摸屏1；触摸屏1嵌于装置外壳的顶部，触摸屏1上有“开始测量”、“结束测量”、“下一组数据”与“退出”四个键，且有测量结果显示区显示单片机信号数据处理模块得到的数据；

电源模块，包括：电池12和供电电路；电池12位于装置内部主板基座4旁边，电池12通过供电电路连接其他所有模块；

装置保护模块，包括：散热孔5、圆台型支撑脚6、槽型壁10、螺栓11、进线孔15和电木盒16；装置外壳整体为电木盒16，电木盒16的侧壁为槽型壁10，散热孔5位于电木盒16 一侧，圆台型支撑脚6位于电木盒16底部四角，进线孔15为一半径2cm位于电木盒16底部的圆孔；

本发明的有益效果在于：

1.本发明实现了舰船实船爆炸试验舰船毁伤位置与毁伤程度的识别，解决了实船爆炸试验中难以获得舰船毁伤的有效数据问题，可为提高舰船抗冲击能力通过服务；

2.通过触摸屏模块操作，该测量仪结构可靠、使用方便，操作简单，适合工程中使用；

附图说明

图1为一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪的工作框架图；

图2(a)为本发明的俯侧视图；

图2(b)为本发明的仰侧视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的仰视图；

图5为本发明的内部示意图；

图6为本发明的具体结构爆炸示意图。

图中：触摸屏1；A/D转换器2；滤波放大器3；主板基座4；散热孔5；圆台型支撑脚6；蜂鸣器7；主板8；存储器9；槽型壁10；螺栓11；电池12；光纤光栅应变传感器13；加速度传感器14；进线孔15；电木盒16。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一步描述：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪包括光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块和装置保护模块。光纤光栅应变传感器用于采集舰船遭受毁伤后产生的舰船结构应变信号；加速度传感器作为采集触发装置，滤波放大电路用于放大与过滤光纤光栅应变传感器和加速度传感器上的微弱的电信号，A/D转换电路用于将放大和过滤的电信号转换成数字信号。单片机信号数据处理模块包括单片机开发板和单片机信号数据处理系统；触摸屏模块包括触摸屏和触摸屏电路；电源模块包括充电电池和电源电路；装置保护模块包括装置外壳和支撑脚；光纤光栅应变传感器和加速度传感器分别连接至滤波放大电路，滤波放大电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机信号数据处理模块，单片机信号数据处理模块连接触摸屏模块；同时，充电电池通过输出电路连接光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机信号数据处理模块放置于保护装置内，触摸屏嵌在装置外壳表面中。

光纤光栅应变传感器用于测量舰船遭受毁伤爆炸时所受应变，安装光纤光栅应变传感器时，应变计背面自带胶条，起到预固定作用，光栅通过胶固定到结构表面上，光纤光栅应变传感器用于将应变的变化转换成微弱的电信号。

加速度传感器作为采集数据触发装置，当加速度传感器采集到舰船加速度达到100g(g为自由落体加速度，取值为9.8m/s²),装置开始数据处理。

滤波放大电路用于放大和过滤光纤光栅应变传感器上的微弱的电信号，A/D转换电路用于将放大和过滤的电信号转换成数字信号。

所述单片机信号数据处理系统基于开发板制成，单片机开发板内置数据存储模块，且可对该开发板进行编写程序，使Keil软件进行开发，程序语言是C语言，程序内容主要包括：

程序1：开发程序，设定采集数据起止点，当加速度传感器采集到加速度信号大于100g(g＝9.8m/s2)，程序2至程序4启动，否则不进行程序运行；

程序2：开发程序，用于光纤光栅应变传感器测得舰船应变数据转换成舰船固有频率数据；

程序4：开发程序，用于在测量过程中，采用程序3中的神经网络预程序识别舰船毁伤的固有频率与舰船毁伤位置和毁伤程度；

程序5：开发程序，若毁伤程度大于70％，蜂鸣器启动报警。

触摸屏模块用于控制各项功能操作和结果显示，使用者可通过触摸屏上的软件进行各种操作，包括“开始测量”、“结束测量”、“下一组数据”与“退出”四个键，触摸屏上有测量结果显示区，显示舰船毁伤位置与舰船毁伤程度，触摸屏电路为触摸屏供电。

所述电源模块用于光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块供电。

所述装置保护模块用于保护各种模块，装置外壳材质为电木，底部开一半径2cm的圆孔用于光纤光栅应变传感器与加速度传感器进出，底部四角布置“圆台”型支撑脚，电木盒侧方开散热孔，且电木盒表明有螺栓加强固定。

结合图1至图6，舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪包括光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块和装置保护模块；光纤光栅应变传感器13和加速度传感器14通过进线孔15进入电木盒16，电木盒底部四周有四个圆台型支撑脚6，且电木盒16内壁为槽型壁10，以增加强度，电木盒16盒身分布螺栓11固定，电木盒16盒侧面设置有散热孔5。电木盒16内部放置电池12与主板基座4等，电池12为所需仪器供电，主板基座4上依次有序放置A/D转换器2、滤波放大器3、蜂鸣器7、主板8和存储器9，触摸屏1嵌在电木盒16上方。

实船爆炸试验前，将舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪安置于测量舰船，将光纤光栅应变传感器13通过胶固定到所测舰船位置结构表面上，加速度传感器14吸附在所测舰船位置结构表面上，光纤光栅应变传感器13和加速度传感器14通过进线孔15进入装置。触摸屏1上按下“开始测量”键。

实船爆炸试验过程中，光纤光栅应变传感器13与加速度传感器14，分别连接滤波放大器3，滤波放大器用于放大和过滤光纤光栅应变传感器与加速度传感器上的电信号，再连接 A/D转换器2，A/D转换器将放大和过滤的电信号转换成数字信号。经放大后的数字信号进入预先编程的主板8进行分析，执行程序1，若加速度小于100g(g为自由落体加速度，取值为9.8m/s²)，则终止执行其他程序，仪器继续采集舰船受损数据。若加速度不小于100g(g为自由落体加速度，取值为9.8m/s²)，则进行程序2至程序4，并将采集数据保存至存储器9与传输至触摸屏1。若毁伤程度大于70％，程序5启动，蜂鸣器7启动报警。

实船爆炸试验后，触摸屏1上按下“结束测量”键。按下“下一组数据”查看历组数据，记录完数据后，按下“退出”，则测量结束。

综上，本发明涉及快速测量识别领域，其目的是设计一种用于实船爆炸试验舰用爆炸毁伤位置识别与毁伤程度测量的装置。装置包括光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块和装置保护模块。光光纤光栅应变传感器用于测量舰船遭受毁伤爆炸时应变变化；加速度传感器用于测量舰船遭受毁伤后产生的舰船结构加速度信号；滤波放大电路用于放大和过滤光纤光栅应变传感器和加速度传感器上的微弱的电信号，A/D转换电路用于将放大和过滤的电信号转换成数字信号；单片机信号数据处理模块基于开发板制成，且可对该开发板进行编写程序，开发程序包括测试起止控制程序、应变信号数据识别舰船毁伤位置与舰船毁伤程度系列程序、蜂鸣器报警程序，程序语言是C语言；触摸屏模块用于控制各项功能操作和结果显示，使用者可通过触摸屏进行各种操作；电源模块用于光纤光栅应变传感器、加速度传感器、滤波放大电路、 A/D转换电路、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块供电。装置保护模块用于保护内部各种模块。本发明通过以上模块集成，实现了实船爆炸试验中舰船毁伤状态检测，通过自编程序的的合理起始条件设置，可以通过舰船应变数据有效获得舰船毁伤位置与毁伤程度；采用电木材料的装置外壳结构可靠、轻便快捷，有效保护了试验过程中内部模块的正常工作。本发明通过舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪。实现了舰船实船爆炸试验舰船毁伤位置与毁伤程度的识别，解决了实船爆炸试验中难以获得舰船毁伤的有效数据问题，可为提高舰船抗冲击设计服务；同时该测量仪结构可靠、使用方便，操作简单，适合工程中使用。

Claims

1.一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：包括信号采集处理模块、单片机信号数据处理模块、触摸屏模块、电源模块以及装置保护模块；信号采集处理模块分为采集和处理两部分，采集部分位于装置外侧，处理部分位于装置内部；单片机信号数据处理模块位于装置内部的主板基座之上；触摸屏模块位于装置外壳的顶部，通过螺栓固定在装置外壳上；电源模块位于装置内部主板旁边；装置保护模块环绕在装置四周以及装置底部，各部分通过螺栓相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的信号采集处理模块，包括：A/D转换器(2)、滤波放大器(3)、主板基座(4)、光纤光栅应变传感器(13)和加速度传感器(14)；A/D转换器(2)和滤波放大器(3)位于主板基座(4)上，光纤光栅应变传感器(13)和加速度传感器(14)通过进线孔由装置内部伸出；加速度传感器(14)作为采集触发装置给出触发信号至光纤光栅应变传感器(13)，光纤光栅应变传感器(13)采集舰船遭受毁伤后的舰船结构应变信号至滤波放大器(3)，滤波放大器(3)放大与过滤上述两个传感器上的微弱电信号至A/D转换器(2)，A/D转换器(2)将电信号转换成数字信号。

3.根据权利要求2所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的光纤光栅应变传感器(13)的应变计背面自带胶条用于预固定，光纤光栅应变传感器(13)通过胶固定到待测实船结构表面上。

4.根据权利要求2所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的加速度传感器(14)的规定阈值为100g，g为自由落体加速度取值9.8m/s²，当舰船加速度达到规定阈值时触发装置开始数据处理，加速度传感器(14)固定到待测实船结构表面上。

5.根据权利要求1所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的单片机信号数据处理模块，包括：主板基座(4)、蜂鸣器(7)、主板(8)、存储器(9)和单片机开发板；蜂鸣器(7)、主板(8)和存储器(9)位于主板基座(4)上；单片机信号数据处理模块接收并处理信号采集处理模块得到的数字信号，处理后的数据保存至存储器(9)并输出。

6.根据权利要求5所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的单片机开发板程序内容主要包括：

程序1：开发程序，设定采集数据起止点，当加速度传感器信号大于阈值100g，程序2至程序4启动，否则不进行程序运行；

程序5：开发程序，若毁伤程度大于70％，蜂鸣器启动报警。

7.根据权利要求1所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的触摸屏模块，包括：触摸屏(1)；触摸屏(1)嵌于装置外壳的顶部，触摸屏(1)上有“开始测量”、“结束测量”、“下一组数据”与“退出”四个键，且有测量结果显示区显示单片机信号数据处理模块得到的数据。

8.根据权利要求1所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的电源模块，包括：电池(12)和供电电路；电池(12)位于装置内部主板基座(4)旁边，电池(12)通过供电电路连接其他所有模块。

9.根据权利要求1所述的一种舰用爆炸毁伤识别集成式测量仪，其特征在于：所述的装置保护模块，包括：散热孔(5)、圆台型支撑脚(6)、槽型壁(10)、螺栓(11)、进线孔(15)和电木盒(16)；装置外壳整体为电木盒(16)，电木盒(16)的侧壁为槽型壁(10)，散热孔(5)位于电木盒(16)一侧，圆台型支撑脚(6)位于电木盒(16)底部四角，进线孔(15)为一半径2cm位于电木盒(16)底部的圆孔。