CN111174650B - 一种自触发弹载数据记录仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自触发弹载数据记录仪，包括电源模块、测试记录模块、惯性触发激活模块；采用四个低成本三轴加速度传感器测试特定位置的过载信号，进行插值换算后可得到弹体质心位置的三轴过载或者任意其他位置的过载、转速数据；采用双行程惯性触发激活机构感受火箭弹发射的长脉宽过载，同时避免被环境中的小脉宽冲击过载触发激活；采用超低功耗电源管理模块不间断检测双行程惯性触发激活机构上的两套微动开关，检测到双行程惯性触发机构上的两套微动开关同时动作后，即视为满足激活条件，开始为测试记录模块上电。
Description
技术领域
本发明属于数据记录仪技术领域，具体涉及一种自触发弹载数据记录仪。
背景技术
火箭弹的飞行试验是其研制过程中必不可少的一个环节，通过飞行试验测试其在飞行过程中的过载、转速参数，从而可对火箭弹的技术指标，弹道性能进行评估。
弹载飞行数据记录仪是一种最为常见的测试记录手段，其相比较弹道遥测记录，成本低，结构简单，不需要辅助设备，最为适合作为火箭弹的飞行数据记录。
同时，火箭弹飞行弹道特点为飞行过载相对较小，过载持续脉宽长，转速较小，弹道时间较长。因此，需要研制一种适合低过载、长脉宽、小转速、低成本、自动触发、长待机、长记录的弹载数据记录仪。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自触发弹载数据记录仪。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种自触发弹载数据记录仪，安装于火箭弹中，自触发弹载数据记录仪包括：
电源模块；电源模块包括电池组和电源管理板；电池组分别与电源管理板和测试记录模块电性连接；电源管理板用于在检测到来自双行程惯性触发激活机构的激活信号后，控制电池组向测试记录模块供电；
测试记录模块；
惯性触发激活模块；惯性触发激活模块包括双行程惯性触发激活机构，双行程惯性触发激活机构的信号输出端与电源管理板的信号输入端连接；双行程惯性触发激活机构用于在接收火箭弹发射过载后，给电源管理板发出激活信号。
具体地，测试记录模块包括数据存储板、信号处理板、传感器板；电池组分别与数据存储板、信号处理板、传感器板电性连接，传感器板用于火箭弹飞行数据的采集，传感器板的信号输出端与信号处理板的信号输入端连接，信号处理板的信号输出端与数据存储板的信号输入端连接。
具体地，自触发弹载数据记录仪还包括：
充电接口；充电接口与电池组电性连接；
数据接口；数据接口的一端与数据存储板通讯连接，数据接口的另一端与电脑通讯连接；
上盖；
壳体Ⅰ；上盖盖设在壳体Ⅰ上并形成封闭的结构；充电接口和数据接口均安装在上盖上；
传感器Ⅰ；
传感器Ⅱ；
传感器PCBⅠ；传感器Ⅰ和传感器Ⅱ安装在传感器PCBⅠ上；传感器Ⅰ和传感器Ⅱ以自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线对称分布；
数据存储板和信号处理板组合后形成信号处理及存储板；信号处理及存储板分别与传感器PCBⅠ和电源管理板电性连接；
传感器Ⅲ；
传感器Ⅳ；
传感器PCBⅡ；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ安装在传感器PCBⅡ上；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ以自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线对称分布；传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器PCBⅠ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ、传感器PCBⅡ、信号处理及存储板、电池组、双行程惯性触发激活机构均置于上盖与壳体Ⅰ形成的封闭空间内。
优选地，传感器PCBⅠ和传感器PCBⅡ均垂直于自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线布设；自触发弹载数据记录仪与火箭弹同轴安装。
优选地，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ安装在传感器PCBⅠ上的内侧；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ安装在传感器PCBⅡ上的内侧。
具体地，双行程惯性触发激活机构包括：
壳体Ⅱ；壳体Ⅱ内形成有两个相互平行的滑动通道；滑动通道的设置方向为与自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线平行；
前质量块；前质量块的上端一侧形成有一向内的斜面；
后质量块；前质量块和后质量块分别可滑动的置于两个滑动通道内；后质量块的下端一侧形成有一用于卡紧钢球的圆弧形凹槽；
钢球；钢球置于滚动通道内，在小于设计阈值的过载作用下，钢球的一部分与前质量块的一侧接触，钢球的另一部分置于后质量块的凹槽内，并将后质量块卡死；
弹簧；两个滑动通道之间通过一滚动通道连通；前质量块的下端和后质量块的下端均通过一弹簧与滑动通道的底部接触；在一滑动通道内设置微动开关Ⅰ，在另一滑动通道内设置微动开关Ⅱ，在大于设计阈值的持续过载作用下，前质量块向下运动，前质量块推动闭合微动开关Ⅰ，同时前质量块的斜面下移至滚动通道处，钢球左移，后质量块解除约束，后质量块在过载的作用下向下运动，关闭微动开关Ⅱ，两个微动开关全部闭合，触发激活指令并发送至电源管理板。
优选地，电池组为充电电池。
本发明的有益效果在于：
采用四个低成本三轴加速度传感器测试特定位置的过载信号，进行插值换算后可得到弹体质心位置的三轴过载或者任意其他位置的过载、转速数据。
采用双行程惯性触发激活机构感受火箭弹发射的长脉宽过载，同时避免被环境中的小脉宽冲击过载触发激活。
采用超低功耗电源管理模块不间断检测双行程惯性触发激活机构上的两套微动开关，检测到双行程惯性触发机构上的两套微动开关同时动作后，即视为满足激活条件，开始为测试记录模块上电。
附图说明
图1为弹载数据记录仪在全弹的安装图；
图2为弹载数据记录仪系统构成图；
图3为弹载数据记录仪结构剖视图；
图4为弹载数据记录仪惯性触发激活机构剖视图(未动状态)；
图5为弹载数据记录仪惯性触发激活机构动作原理图(过渡状态)；
图6为弹载数据记录仪惯性触发激活机构动作原理图(触发状态)；
图7为弹载数据记录仪系统原理图；
图中：1-充电接口，2-传感器Ⅰ，3-数据接口，4-上盖，5-传感器Ⅱ，6-传感器PCBⅠ，7-信号处理及存储板，8-双行程惯性触发激活机构，9-电池组，10-传感器Ⅲ，11-壳体Ⅰ，12-传感器PCBⅡ，13-传感器Ⅳ，14-电源管理板，15-壳体Ⅱ，16-前质量块，17-钢球，18-后质量块，19-弹簧，20-微动开关Ⅰ，21-微动开关Ⅱ，22-自触发弹载数据记录仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图2所示，一种自触发弹载数据记录仪，安装于火箭弹中，自触发弹载数据记录仪22包括：
电源模块；电源模块包括电池组9和电源管理板14；电池组9分别与电源管理板14和测试记录模块电性连接；电源管理板14用于在检测到来自双行程惯性触发激活机构8的激活信号后，控制电池组9向测试记录模块供电；
测试记录模块；
惯性触发激活模块；惯性触发激活模块包括双行程惯性触发激活机构8，双行程惯性触发激活机构8的信号输出端与电源管理板14的信号输入端连接；双行程惯性触发激活机构8用于在接收火箭弹发射过载后，给电源管理板14发出激活信号。
本实施例中，采用超低功耗的电源管理模块对供电模块进行控制，未接受到触发激活信号前不向测试记录模块供电。
如图2所示，测试记录模块包括数据存储板、信号处理板、传感器板；电池组9分别与数据存储板、信号处理板、传感器板电性连接，传感器板用于火箭弹飞行数据的采集，传感器板的信号输出端与信号处理板的信号输入端连接，信号处理板的信号输出端与数据存储板的信号输入端连接。
如图3所示，自触发弹载数据记录仪22还包括：
充电接口1；充电接口1与电池组9电性连接；
数据接口3；数据接口3的一端与数据存储板通讯连接，数据接口3的另一端与电脑通讯连接；
上盖4；
壳体Ⅰ11；上盖4盖设在壳体Ⅰ11上并形成封闭的结构；充电接口1和数据接口3均安装在上盖4上；
传感器Ⅰ2；
传感器Ⅱ5；
传感器PCBⅠ6；传感器Ⅰ2和传感器Ⅱ5安装在传感器PCBⅠ6上；传感器Ⅰ2和传感器Ⅱ5以自触发弹载数据记录仪22的竖向轴心线对称分布；
数据存储板和信号处理板组合后形成信号处理及存储板7；信号处理及存储板7分别与传感器PCBⅠ6和电源管理板14电性连接；
传感器Ⅲ10；
传感器Ⅳ13；
传感器PCBⅡ12；传感器Ⅲ10和传感器Ⅳ13安装在传感器PCBⅡ12上；传感器Ⅲ10和传感器Ⅳ13以自触发弹载数据记录仪22的竖向轴心线对称分布；传感器Ⅰ2、传感器Ⅱ5、传感器PCBⅠ6、传感器Ⅲ10、传感器Ⅳ13、传感器PCBⅡ12、信号处理及存储板7、电池组9、双行程惯性触发激活机构8均置于上盖4与壳体Ⅰ11形成的封闭空间内。
如图1、3所示，传感器PCBⅠ6和传感器PCBⅡ12均垂直于自触发弹载数据记录仪22的竖向轴心线布设；自触发弹载数据记录仪22与火箭弹同轴安装，轴向安装位置不限。
如图3所示，传感器Ⅰ2和传感器Ⅱ5安装在传感器PCBⅠ6上的内侧；传感器Ⅲ10和传感器Ⅳ13安装在传感器PCBⅡ12上的内侧。
如图4-6所示，双行程惯性触发激活机构8包括：
壳体Ⅱ15；壳体Ⅱ15内形成有两个相互平行的滑动通道；滑动通道的设置方向为与自触发弹载数据记录仪22的竖向轴心线平行；
前质量块16；前质量块16的上端一侧形成有一向内的斜面；
后质量块18；前质量块16和后质量块18分别可滑动的置于两个滑动通道内；后质量块18的下端一侧形成有一用于卡紧钢球17的圆弧形凹槽；
钢球17；钢球17置于滚动通道内，在小于设计阈值的过载作用下，钢球17的一部分与前质量块16的一侧接触，钢球17的另一部分置于后质量块18的凹槽内，并将后质量块18卡死；
弹簧19；两个滑动通道之间通过一滚动通道连通；前质量块16的下端和后质量块18的下端均通过一弹簧19与滑动通道的底部接触；在一滑动通道内设置微动开关Ⅰ20，在另一滑动通道内设置微动开关Ⅱ21；
如图4所示，在大于设计阈值的持续过载作用下，前质量块16向下运动，前质量块16推动闭合微动开关Ⅰ20，同时前质量块16的斜面下移至滚动通道处；
如图5所示，钢球17左移，后质量块18解除约束，后质量块18在过载的作用下向下运动，关闭微动开关Ⅱ21；
如图6所示，两个微动开关全部闭合，触发激活指令并发送至电源管理板14。
在本实施例中，双行程惯性触发激活机构8采用两套弹簧19质量块结构，只有在长脉宽的过载作用下，机构才能同时闭合两套微动开关，给出触发激活信号，避免了其他环境下小脉宽过载的误触发。
在一些实施例中，电池组9为充电电池。电池组9优选为镍氢电池。
在一些实施例中，弹载记录仪内部进行抗冲击设计，并进行环氧树脂的灌封加固，可承受1×104g的硬回收过载。
本申请的该数据记录仪基于低成本的三轴加速传感器设计，可测试数据记录仪自身不同位置(A点、B点，图1中有示出)处的三轴过载(±300g)，并可通过A点距B点之间距离X，B点距质心位置H插值换算火箭弹质心位置的三轴过载，并可测试火箭弹的滚转速度(0-50转/s)；弹载数据记录仪依靠火箭弹发射过载激活，要求脉宽(>20ms)，过载(>50g)可靠触发激活；弹载数据记录仪激活前可待机约1个月，即充满电状态上弹安装后，一个月内可择机进行发射试验；弹载数据记录仪触发激活后开始记录火箭弹飞行数据，采样频率10KHz，记录时长(>30min)。
本申请中，双行程惯性触发激活机构8感受火箭弹发射过载，给电源模块中的电源管理模块给出激活信号；电源模块由电池组9和电源管理板14组成，当电源管理板14检测到激活信号后，开始向测试记录模块供电；测试记录模块为核心组件，由传感器板、信号处理板、数据存储板组成，负责火箭弹飞行数据的采集，处理，记录和后续的读取等。
本申请中，充电接口1可以对数据记录仪进行充电；数据接口3为数据记录仪的数据接口3；传感器Ⅰ2和传感器Ⅱ5均距离圆心长度为R；信号处理及存储板7处理传感器信号并进行存储；
图7为弹载数据记录仪系统原理图。四个传感器分别测试对应位置三向过载，其中，垂直于安装PCB板的过载为轴向过载，进行加权平均后可得到对应PCB板位置的过载。在根据如图1中A点距B点的距离X，和质心距弹载数据记录仪的距离H，进行插值，即可以得到质心的三向过载；将传感器径向加速度分量进行矢量相加，得到对应位置的离心力，再根据安装位置距离圆心的距离R，就可以推算出A点和B点的转速，相加平均后即可得到弹体平均转速。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (6)
1.一种自触发弹载数据记录仪，安装于火箭弹中，其特征在于，自触发弹载数据记录仪包括：
电源模块；电源模块包括电池组和电源管理板；电池组分别与电源管理板和测试记录模块电性连接；电源管理板用于在检测到来自双行程惯性触发激活机构的激活信号后，控制电池组向测试记录模块供电；
测试记录模块；
惯性触发激活模块；惯性触发激活模块包括双行程惯性触发激活机构，双行程惯性触发激活机构的信号输出端与电源管理板的信号输入端连接；双行程惯性触发激活机构用于在接收火箭弹发射过载后，给电源管理板发出激活信号；双行程惯性触发激活机构包括壳体Ⅱ、前质量块、后质量块、钢球、弹簧；壳体Ⅱ内形成有两个相互平行的滑动通道；滑动通道的设置方向为与自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线平行；前质量块的上端一侧形成有一向内的斜面；前质量块和后质量块分别可滑动的置于两个滑动通道内；后质量块的下端一侧形成有一用于卡紧钢球的圆弧形凹槽；钢球置于滚动通道内，在小于设计阈值的过载作用下，钢球的一部分与前质量块的一侧接触，钢球的另一部分置于后质量块的凹槽内，并将后质量块卡死两个滑动通道之间通过一滚动通道连通；前质量块的下端和后质量块的下端均通过一弹簧与滑动通道的底部接触；在一滑动通道内设置微动开关Ⅰ，在另一滑动通道内设置微动开关Ⅱ，在大于设计阈值的持续过载作用下，前质量块向下运动，前质量块推动闭合微动开关Ⅰ，同时前质量块的斜面下移至滚动通道处，钢球左移，后质量块解除约束，后质量块在过载的作用下向下运动，关闭微动开关Ⅱ，两个微动开关全部闭合，触发激活指令并发送至电源管理板。
2.根据权利要求1所述的一种自触发弹载数据记录仪，其特征在于：测试记录模块包括数据存储板、信号处理板、传感器板；电池组分别与数据存储板、信号处理板、传感器板电性连接，传感器板用于火箭弹飞行数据的采集，传感器板的信号输出端与信号处理板的信号输入端连接，信号处理板的信号输出端与数据存储板的信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种自触发弹载数据记录仪，其特征在于，自触发弹载数据记录仪还包括：
充电接口；充电接口与电池组电性连接；
数据接口；数据接口的一端与数据存储板通讯连接，数据接口的另一端与电脑通讯连接；
上盖；
壳体Ⅰ；上盖盖设在壳体Ⅰ上并形成封闭的结构；充电接口和数据接口均安装在上盖上；
传感器Ⅰ；
传感器Ⅱ；
传感器PCBⅠ；传感器Ⅰ和传感器Ⅱ安装在传感器PCBⅠ上；传感器Ⅰ和传感器Ⅱ以自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线对称分布；
数据存储板和信号处理板组合后形成信号处理及存储板；信号处理及存储板分别与传感器PCBⅠ和电源管理板电性连接；
传感器Ⅲ；
传感器Ⅳ；传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ均为三轴传感器；
传感器PCBⅡ；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ安装在传感器PCBⅡ上；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ以自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线对称分布；传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、传感器PCBⅠ、传感器Ⅲ、传感器Ⅳ、传感器PCBⅡ、信号处理及存储板、电池组、双行程惯性触发激活机构均置于上盖与壳体Ⅰ形成的封闭空间内。
4.根据权利要求3所述的一种自触发弹载数据记录仪，其特征在于，传感器PCBⅠ和传感器PCBⅡ均垂直于自触发弹载数据记录仪的竖向轴心线布设；自触发弹载数据记录仪与火箭弹同轴安装。
5.根据权利要求3所述的一种自触发弹载数据记录仪，其特征在于，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ安装在传感器PCBⅠ上的内侧；传感器Ⅲ和传感器Ⅳ安装在传感器PCBⅡ上的内侧。
6.根据权利要求3所述的一种自触发弹载数据记录仪，其特征在于，电池组为充电电池。
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