專利名稱：飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試領(lǐng)域，具體是涉及一種多參數(shù)、高密度數(shù) 字化測(cè)試的傳感器陣列。本發(fā)明的傳感器陣列由帶式傳感器串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu)成 "豐"字結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)模式。
背景技術(shù)：
氣動(dòng)參數(shù)的測(cè)量對(duì)于飛行器而言具有十分重要的意義。傳統(tǒng)方法中，飛行 器氣動(dòng)參數(shù)的測(cè)試是通過普通壓力傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器及應(yīng)變片 來測(cè)量飛行器表面的壓力、溫度、振動(dòng)和應(yīng)變。測(cè)試時(shí)，在飛行器模型表面打 孔或?qū)⒏鱾鞲衅髡迟N在飛行器表面后進(jìn)行試驗(yàn)。通過飛行器表面的過孔，將各 傳感器與上位機(jī)進(jìn)行物理連接，把測(cè)試到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行紀(jì)錄分析。當(dāng)飛行器上需要測(cè)試的點(diǎn)不多且分布不密集時(shí)，用這種傳統(tǒng)的測(cè)試方法進(jìn) 行測(cè)試是可行的。但是，對(duì)于需要測(cè)試的點(diǎn)較多，且分布密集時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)試方法的缺點(diǎn)就顯現(xiàn)出來'1. 由于要在飛行器表面打孔，破壞了飛行器的整體性能。同時(shí)，由于過孔 影響了飛行器的強(qiáng)度，所以無法在實(shí)際飛行中測(cè)試，只能在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。2. —次風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備數(shù)百只不同功能的傳感器，系統(tǒng)布線復(fù)雜、體積 龐大，所以傳統(tǒng)測(cè)試方法一次試驗(yàn)僅僅能夠獲取單一參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)，無法通 過大面積多點(diǎn)測(cè)試來獲取物理參數(shù)的分布場(chǎng)。3. 由于傳感器的體積較大，嚴(yán)重影響了被測(cè)體自身的表面氣動(dòng)特性，而無 法準(zhǔn)確測(cè)得表面壓力載荷場(chǎng)的分布。同時(shí)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)也無法完全模擬真實(shí)飛行的氣動(dòng)環(huán)境，無法滿足飛行器適 應(yīng)復(fù)雜氣動(dòng)條件的設(shè)計(jì)與實(shí)際驗(yàn)證的需求，這就直接影響著飛行器的精度、強(qiáng) 度、速度、可靠性等重要性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多傳感器的飛行器氣 動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明釆取如下技術(shù)方案總體測(cè)試裝置釆用由獨(dú)立的8節(jié)點(diǎn)帶式傳感器串聯(lián)然后再并聯(lián)構(gòu)成的"豐"字結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化模式的帶式傳感器陣列。其中總體測(cè)試裝置的基本組成單元是獨(dú)立的測(cè)試節(jié)點(diǎn)UO)。相對(duì)獨(dú)立的8 個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)組成一條帶，稱為帶式傳感器(20)， x (x<32)個(gè)帶式傳感 器(20)串聯(lián)在一起，組成包含有m (ni< 256 )個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)的一行傳感器 測(cè)試帶(30)。在每行傳感器測(cè)試帶(30)間都ik置有一個(gè)行測(cè)試帶信息管理模 塊(40),每一行內(nèi)的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)都通過專用總線與行內(nèi)的行測(cè)試帶信息管 理模塊(40)相連，行測(cè)試帶信息管理模塊(40)負(fù)責(zé)將整行的信息通過高速 總線傳輸至彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50)，行測(cè)試帶信息管理模塊(40)間共用高速總 線。n行傳感器測(cè)試帶(30)平行排列組合在一起，構(gòu)成由mxn個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)組 成的帶式傳感器陣列。帶式傳感器陣列的電源通過共用的總線提供。所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)包括薄膜應(yīng)變電橋(1)、 MEMS壓力傳感器敏感頭 (2 )、 MEMS加速度傳感器敏感頭(3 )、溫度傳感器(4 )、信號(hào)處理ASIC單元(5 ) 以及包括有ADC (61)、邏輯控制單元CPU (62)、存儲(chǔ)器FLASH (63)和專用總 線控制接口 (64)的一體化微處理單元MPU芯片(6)。其中，所述的信號(hào)處理ASIC單元(5 )首先分別與薄膜應(yīng)變電橋(1 )、 MEMS 壓力傳感器敏感頭(2)、 MEMS加速度傳感器敏感頭(3)、溫度傳感器(4)四個(gè) 獨(dú)立的芯片信號(hào)相連，對(duì)四路模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，然后連接微處理單元MPU芯 片(6),以對(duì)調(diào)理后的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。所述的微處理單元MPU芯片(6)為數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)與發(fā)送單元，由 ADC (61)對(duì)接受的四路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后輸入至邏輯控制單元CPU (62)進(jìn)行處理，接著輸入至存儲(chǔ)器FLASH (63),最后通過專用總線控制用總
線接口 (64)以專用總線形式發(fā)送至行測(cè)試帶信息管理模塊(40)。所述的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)包括專用總線接口 (41)、 MPU內(nèi)核 (42)、 FIFO (43)和高速總線接口控制器(44)。專用總線接口 (41)以總線 形式與每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)UO)中微處理單元MPU芯片(6)的專用總線控制用總線 接口 (64)連接，由MPU內(nèi)核(42)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集后，輸入至FIFO(43)，最 后通過高速總線接口控制器(44)和高速總線輸入至彈載記錄儀(50)中。在進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)測(cè)量時(shí)，將帶式傳感器(20)安裝在飛行器表面的合適位 置處，由所述測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)中的傳感器敏感頭和薄膜應(yīng)變電橋測(cè)量飛行器表 面的壓力、振動(dòng)、溫度和應(yīng)變變化，然后由測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)中的信號(hào)調(diào)理ASIC 單元(5)對(duì)4路模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過微處理單元MPU芯片(6)對(duì)模擬信 號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、釆集、存儲(chǔ)，最后每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)都以專用總線形式將 數(shù)據(jù)發(fā)送至行測(cè)試帶信息管理模塊(40)。行測(cè)試帶信息管理模塊(40)對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行暫存后，又將數(shù)據(jù)通過高速總線傳送至彈載記錄儀(50)。本發(fā)明提供的基于多傳感器的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試方法的測(cè)試原理與傳統(tǒng) 測(cè)試方法類似，不同之處在于采用了獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)化"豐"字結(jié)構(gòu)。測(cè)試方法中 的每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，可以測(cè)試出飛行器表面上任一位置 處的振動(dòng)、壓力、溫度和應(yīng)變參數(shù)。由于釆用了網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，加上每個(gè)測(cè)試 節(jié)點(diǎn)的體積很小，最大不超過50mmx50mmx3mm，這樣就使大面積、多點(diǎn)測(cè)量飛 行器表面氣動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)而獲得物理參數(shù)的分布場(chǎng)成為了可能。本發(fā)明將帶式傳感器直接粘貼在飛行器的表面，不需要在飛行器的表面打 孔，因而可以在真實(shí)飛行的氣動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)的實(shí)際飛行測(cè)試，提高了 復(fù)雜氣動(dòng)條件下飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試的精度和可靠性。


圖i為本發(fā)明帶式傳感器陣列的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中行測(cè)試帶信息管理模塊(40)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參看圖1，本發(fā)明的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列是基于網(wǎng)絡(luò)化的"豐"字結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，主要包括獨(dú)立單元的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)、由測(cè)試節(jié)點(diǎn)(IO) 組成的帶式傳感器(20)、由帶式傳感器(20)串聯(lián)構(gòu)成的行測(cè)試帶(30)以及 每個(gè)行測(cè)試帶(30)上連接的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)。 其工作原理簡述如下相對(duì)獨(dú)立的8個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)組成一個(gè)帶式傳感器(20), x (x《32)條 帶式傳感器(20)串聯(lián)在一起，組成包含有m(nK 256 )個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)的行測(cè)試帶 (30)。同一行測(cè)試帶(30)內(nèi)的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)共用一條數(shù)據(jù)總線和電源。在 每個(gè)行測(cè)試帶(30)間有一個(gè)行測(cè)試帶信息管理模塊(40)，每一行內(nèi)的測(cè)試節(jié) 點(diǎn)(10)都通過專用總線與行內(nèi)的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)進(jìn)行通信。行 測(cè)試帶信息管理模塊(40)通過USB接口與彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50)連接，負(fù)責(zé) 將整行的信息通過高速總線傳輸至彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50),行測(cè)試帶信息管理模 塊(40)間共用高速總線。n個(gè)行測(cè)試帶(30)平行排列組合在一起，構(gòu)成由m xn個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)組成的帶式傳感器陣列。帶式傳感器陣列的電源通過共用 總線提供。本發(fā)明的單個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)的采樣速率可編程，在O. 1 10K范圍內(nèi)可以 任意調(diào)節(jié)。當(dāng)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)較多，信號(hào)帶寬超過1MBPS時(shí)，將通過行測(cè)試帶 信息管理模塊(40)分時(shí)控制、數(shù)據(jù)緩存，并釆用高速總線接口進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 信息傳輸，傳輸帶寬可達(dá)到40MBPS以上，確保在分時(shí)傳送條件下可以傳輸全部 數(shù)據(jù)。所述的帶式傳感器釆用髙密度柔性封裝與互連技術(shù)。帶式傳感器的柔性基 材襯底選用薄的、撓曲性好的以聚酰亞胺為基材的柔性印制電路板。柔性印制
電路板釆用柔性絕緣基材制成印刷電路，具有許多硬性印刷電路板不具備的優(yōu) 點(diǎn)，如可以自由彎曲、卷繞、折疊，可依照空間布局要求任意安排，并在三維 空間任意移動(dòng)和伸縮，從而達(dá)到元器件裝配和導(dǎo)線連接的 一體化。獨(dú)立的測(cè)試節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中所要解決的主要技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種簡單的飛行器 氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到減小系統(tǒng)布線復(fù)雜性、多參數(shù)測(cè)量的要求。
所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)如圖2所示，包含有薄膜應(yīng)變電橋(1)、 MEMS壓力 傳感器敏感頭(2)、 MEMS加速度傳感器敏感頭(3)、溫度傳感器(4)、信號(hào)處 理ASIC單元(5 )和微處理單元MPU芯片(6 )，信號(hào)處理ASIC單元(5 )首先 分別與薄膜應(yīng)變電橋U)、 MEMS壓力傳感器敏感頭(2)、 MEMS加速度傳感器敏 感頭(3)、溫度傳感器(4)四路信號(hào)相連，對(duì)四路模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，然后與 微處理單元MPU芯片(6)相連，對(duì)調(diào)理后的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。所述的微處理單元MPU芯片(6)為數(shù)據(jù)釆集、處理、存儲(chǔ)與發(fā)送單元，包 括ADC(61)、邏輯控制單元CPU (62)、存儲(chǔ)器FLASH (63)和專用總線控制接 口 (64)， ADC (61)對(duì)接受的四路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后輸入至邏輯控 制單元CPU (62)進(jìn)行處理，接著輸入至存儲(chǔ)器FLASH (63),最后通過專用總 線控制接口 (64)以總線形式發(fā)送至行測(cè)試帶信息管理模塊(40)。
行測(cè)試帶信息管理模塊(40)由專用總線接口 (41)、 MPU內(nèi)核(42)、 FIFO (43)和高速總線接口控制器(44)組成，如圖3所示。
行測(cè)試帶信息管理模塊(40)要解決的問題是釆集信息的收集和數(shù)據(jù)的傳輸。信息收集問題的解決主要由專用總線接口 (41)設(shè)計(jì)、軟件壓縮編碼/解碼 的設(shè)計(jì)思路組成。本發(fā)明中的專用總線接口 (41)針對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的自身特點(diǎn)而 設(shè)計(jì)，總線接口設(shè)備通信采用單主多從方式。針對(duì)總線帶寬有限的問題，軟件 壓縮編碼/解碼技術(shù)是信息收集的一個(gè)解決策略，本發(fā)明中通過行測(cè)試帶信息管 理模塊(40)內(nèi)的MPU內(nèi)核(42)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。
行測(cè)試帶信息管理模塊(40)中大吞吐量的數(shù)據(jù)是通過高速總線傳輸至數(shù) 據(jù)記錄儀(50)的。高速總線通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的主從方式，行測(cè)試帶信息管理模塊(40)枚舉當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，由數(shù)據(jù)記錄儀(50)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。行測(cè) 試信息管理模塊(40)中FIFO (43)為暫存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件。工作狀態(tài)下，行測(cè)試帶(30)采集的信息經(jīng)專用總線接口 (41)進(jìn)入MPU 內(nèi)核(42)， MPU內(nèi)核(42)對(duì)其進(jìn)行二次壓縮，并暫存至FIFO (43),存儲(chǔ)記 錄儀請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，MPU內(nèi)核(42)取出數(shù)據(jù)并發(fā)送至高速總線接口控制器 (44)，然后由高速總線將數(shù)據(jù)發(fā)送至彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50)。本實(shí)施例選用CAN總線和USB通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信，CAN總線具有穩(wěn)定、 可靠，傳輸速率較高的優(yōu)點(diǎn)。而且在此基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行開發(fā)更適合的專用 總線。USB通信的帶寬高、兼容性好、開發(fā)容易的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)與行測(cè) 試帶信息管理模塊(40)之間的通信釆用CAN總線，行測(cè)試帶信息管理模塊(40) 通過USB接口與彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
權(quán)利要求
1、一種飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征是由相對(duì)獨(dú)立的8個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)組成帶式傳感器(20)，x個(gè)帶式傳感器(20)串聯(lián)組成包含有m個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)的傳感器測(cè)試帶(30)，每行傳感器測(cè)試帶(30)間設(shè)置有一個(gè)行測(cè)試帶信息管理模塊(40)，每一行內(nèi)的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)通過專用總線與行內(nèi)的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)相連，行測(cè)試帶信息管理模塊(40)負(fù)責(zé)將整行的信息通過高速總線傳輸至彈載數(shù)據(jù)記錄儀(50)，n行傳感器測(cè)試帶(30)平行排列組合在一起，構(gòu)成由m×n個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)組成“豐”字結(jié)構(gòu)的帶式傳感器陣列，所述帶式傳感器陣列的電源通過共用總線提供。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征 是所述的帶式傳感器(20)的個(gè)數(shù)x《32，所述的傳感器測(cè)試帶(30)中的測(cè)試 節(jié)點(diǎn)(10)的個(gè)數(shù)nK 256。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征 是所述的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)間共用高速總線，
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征 是所述的測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)包括有薄膜應(yīng)變電橋(1)、 MEMS壓力傳感器敏感頭(2 )、 MEMS加速度傳感器敏感頭(3 )、溫度傳感器(4 )、信號(hào)處理ASIC單元(5 ) 和微處理單元MPU芯片(6 ),信號(hào)處理ASIC單元(5 )分別與薄膜應(yīng)變電橋(1 )、 MEMS壓力傳感器敏感頭(2)、 MEMS加速度傳感器敏感頭(3)、溫度傳感器(4) 相連，對(duì)四路模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，然后連接微處理單元MPli芯片(6)，以對(duì)調(diào)理后的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征 是所述的微處理單元MPU芯片(6)為數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)與發(fā)送單元，包括 有ADC (61)、邏輯控制單元CPU (62)、存儲(chǔ)器FLASH (63)和專用總線控制接 口 (64),由ADC (61)對(duì)接受的四路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸入邏輯控制單 元CPU (62)進(jìn)行處理，接著輸入至存儲(chǔ)器FLASH (63),最后通過專用總線控制用總線接 口 (64)以專用總線形式發(fā)送至行測(cè)試帶信息管理模塊(40)。
6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，其特征 是所述的行測(cè)試帶信息管理模塊(40)包括有專用總線接口 (41)、 MPU內(nèi)核 (42)、 FIFO (43)和高速總線接口控制器(44),專用總線接口 (41)以總線 形式與每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)(10)中微處理單元MPU芯片(6)的專用總線控制用總線 接口 (64)連接，由MPU內(nèi)核(42)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集后，輸入至FIFO(43)，最 后通過高速總線接口控制器〔44)和高速總線輸入至彈載記錄儀(50)中。
全文摘要
一種基于多傳感器的飛行器氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試用帶式傳感器陣列，由相對(duì)獨(dú)立的8個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)組成帶式傳感器，x(x≤32)個(gè)帶式傳感器串聯(lián)組成包含有m(m≤256)個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)的傳感器測(cè)試帶，n行傳感器測(cè)試帶平行排列組合構(gòu)成由m×n個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)組成的帶式傳感器陣列，每行傳感器測(cè)試帶間設(shè)置有一個(gè)行測(cè)試帶信息管理模塊，每一行內(nèi)的測(cè)試節(jié)點(diǎn)通過專用總線與行內(nèi)的行測(cè)試帶信息管理模塊相連，行測(cè)試帶信息管理模塊將整行的信息通過高速總線傳輸至彈載數(shù)據(jù)記錄儀。本發(fā)明中每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，可以測(cè)試出飛行器表面上任一位置處的振動(dòng)、壓力、溫度和應(yīng)變參數(shù)，可以在真實(shí)飛行下進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)測(cè)試，提高了測(cè)試的精度和可靠性。
文檔編號(hào)G01M9/00GK101158616SQ20071013950
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者岳鳳英, 李永紅, 楊翠云, 王恩懷 申請(qǐng)人:中北大學(xué)