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微小型放入式电子测压器的研究

2014/10/19 20:44:45  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  摘要:为满足多种火炮、弹箭内弹道压力参数测试需求,研制微小型放入式电子测压器。介绍研制微小型放入式电子测压器的现实背景和意义,阐述测试系统的工作原理,详细分析整个系统工作状态设计及实现,并给出该系统的典型应用。该测压器功耗低、体积小、能够承受600 MPa压力,可在现场实时实况地记录被测弹体射击过程膛压变化状况,并能够在系统掉电的情况下保持测试所得的数据,便于回收上电后准确的回放所记录的数据以供分析。

  1 引言

  膛压是身管发射武器设计、研制、验收中必须测量的重要动态参数之一,而火炮最大膛压的测定是检测火炮强度的重要技术指标。 获取火炮在膛内、飞行和撞击目标时的动态  参数对于研制和改进火炮系统有重要意义。 由于膛压变化较快、压力很高,且伴随着高温和振动[1],因此其测试方法有一定的特殊性。 目前测压系统大多只适用于大中口径的火,  不能满足多种火炮、弹箭研制需求,特别是中小口径火炮。 微小型放入式电子测压器体积小,无引出线,使用方便,测试精度高,可重复使用等,是一种理想的火炮膛压测试仪器。

  2系统工作原理

  2.1主要器件的选择

  TI 公司的 MSP430 系列单片机具有超低功耗特点 ,电源电压采用 1.8~3.6 V 低电压,活动耗电 250 μA/MIPS,根据不同功能模块采用不同工作模式,通过合理的编程设置降低系统功耗,内部集成有丰富的外围模块[2],包括 :看门狗 (WDT)、模拟比较器 A、定时器 A(Timer-A)、定时器 B(Timer-B)、串口0~串口 1(USART0、USART 1)、8 路 10/12/14 位 A/D 转换器 、12 位的 D/A 转换器 、 端口 1 ~ 端口 6、 基本定时器 (BasicTimer)等;具有系统工作稳定,开发环境便捷等特点[3-4]。 因此可见,MSP430 系列单片机本身就是一个嵌 MCU 的高性能道数据采集系统。 为减小系统功耗,可向系统提供较小电压,但这样会减小系统持续工作时间,因此采用应用电源管理器件[5-6]给单片机提供固定的电压,这样既满足单片机正常工作要求,又减小功耗。

  2.2 系统原理设计

  该系统测试部分主要由传感器、电荷放大器、瞬态波形记录仪和红外收发器组成,如图 1 所示。

  

  测量膛内压力信号选用 Kistler 公司的 6215 型压电式压力传感器,电荷放大器将压电式压力传感器输出的高阻抗微弱电荷信号变换放大为低阻抗的电压信号。 瞬态波形记录仪  由于记录转换后的电压信号。 该系统选用 TI 公司 MSP430 单片机内部 RAM 和 Flash 作为存储单元,将经 A/D 转换后的数据存入内部 Flash,避免系统掉电后数据丢失。 系统通过红外数据接口,将采集到的数据下载到计算机中,然后对数据进行分析处理。 图 2 为瞬态波形记录仪结构框图。

  

  3 测试系统状态设计及分析

  状态设计是根据被测对象的运动规律来确定存储测试系统状态组织结构的过程。 状态设计可使设计思想清晰贯穿于设计和调试的始终,简化原本复杂的设计过程。系统接通电源后,单片机处于值更状态,等待倒置开关控制的上电信号,此时系统处于超低功耗状态;如果选用系统编程,需用高电平短接初始化端口,将红外收发器开启、单片机接收中断使能,系统响应编程命令,此时可通过计算机编程设置系统的量程、触发电平、采样频率等参数,并将要编程的数值存入相应的地址寄存器, 之后关闭红外收发器,系统进入低功耗状态。  当倒置开关作用时,单片机启动 16 位定时器开始定时,每隔 0.5 s 判断一次开关状态,一直判断 30 s,如果该期间开关保持导通,则系统开始采样存储进入循环采样的待触发状 态,否则又会返回超低功耗的值更状态,这样可排除倒置开关的误动作使系统误上电。 数据传输方式选用 DMA 方式传输。 DMA 具有来自所有外设的触发器,无需 CPU 的干预即可提供最先进的数据传输。 DMA 消除数据传输延迟以及各种功耗开销,既提高传输速度又减小功耗。

  

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