專利名稱：一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及用于大型航空結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)沖擊區(qū)域和沖擊位置確定及記錄的場(chǎng)合。系統(tǒng)具有體積小，質(zhì)量輕，功耗低等特點(diǎn)，該系統(tǒng)不需要信號(hào)調(diào)理及AD轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)電平比較以布爾量的形式記錄傳感器信號(hào)，能自動(dòng)提取沖擊到來(lái)時(shí)的多路有效壓電傳感器數(shù)據(jù)并對(duì)沖擊區(qū)域及位置進(jìn)行判斷，可工作于主控和受控模式下，可利用組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模傳感器陣列監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果通過(guò)無(wú)線傳輸或外部總線，飛機(jī)機(jī)上現(xiàn)場(chǎng)總線，飛機(jī)光纖數(shù)據(jù)傳輸總線等發(fā)送。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料以其比強(qiáng)度高、比剛度大、抗疲勞性能好及材料性能可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車等工程領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍用、民用飛機(jī)上已開(kāi)始越來(lái)越多地使用先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。目前國(guó)際上最先進(jìn)的第四代戰(zhàn)機(jī)F22，其樹(shù)脂基復(fù)合材料的用量已達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的M %。在A380客機(jī)上，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的重量已達(dá)整機(jī)重量的25%，而在波音787客機(jī)上則高達(dá)50%?？傮w而言，使用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到減輕機(jī)體結(jié)構(gòu)重量，提高機(jī)體結(jié)構(gòu)品質(zhì)的目的。然而，層合板復(fù)合材料在服役過(guò)程中不可避免的要承受各種能量物體的沖擊，比如，冰雹的沖擊、飛行器翼面與空中飛鳥(niǎo)的碰撞、飛行器受到槍擊及工具經(jīng)常在維護(hù)過(guò)程中掉落在飛行器表面等。這些沖擊極易造成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分層、基體開(kāi)裂和纖維斷裂等損傷。這些內(nèi)部損傷將使層合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能嚴(yán)重退化，強(qiáng)度可削弱35% 40%，導(dǎo)致承載能力大大降低，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體破壞和失效形成潛在的威脅。而且這些損傷多發(fā)生在材料內(nèi)部不易從表面發(fā)現(xiàn)，留下嚴(yán)重的隱患，使得具有損傷的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有突發(fā)性和災(zāi)難性失效的潛在能力，并且它在損傷、失效等方面的表現(xiàn)卻是機(jī)理復(fù)雜，現(xiàn)象多樣，判別困難。因此很有必要對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行全壽命的監(jiān)測(cè)，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。人們一般通過(guò)對(duì)飛行器的定期檢查防止損傷程度的升級(jí)，但對(duì)飛行器定期檢測(cè)和常規(guī)維護(hù)， 需要花費(fèi)很多的時(shí)間和費(fèi)用，以美國(guó)的EF-IllA為例，每年的檢測(cè)工時(shí)大約需要8000多個(gè)小時(shí)。目前已有許多傳統(tǒng)的已被廣泛應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，例如敲擊、超聲、X射線、電渦流射線、電位測(cè)量以及熱應(yīng)力場(chǎng)等方法。但是這些檢測(cè)方法一般設(shè)備復(fù)雜、耗時(shí)耗力，特別是需要對(duì)損傷的位置有初步的了解，使用不方便，局限性大，不易做到服役環(huán)境下的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，不適合未來(lái)大型航空、航天飛行器結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)與診斷。為此可采用被動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與無(wú)損監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法。利用被動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法實(shí)時(shí)在線獲取沖擊區(qū)域、位置等信息，再利用無(wú)損檢測(cè)對(duì)通過(guò)被動(dòng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)獲得的沖擊區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)，能夠大大縮短檢測(cè)時(shí)間，降低維護(hù)成本。在被動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，為感受結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境的各類參數(shù)，有多種傳感器件可用以監(jiān)測(cè)，壓電元件及其測(cè)量系統(tǒng)具有成本低、靈敏度高、頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，已在健康監(jiān)測(cè)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。但是針對(duì)大型航空結(jié)構(gòu)的沖擊監(jiān)測(cè)，以采用M路壓電元件監(jiān)測(cè)沖擊信號(hào)為例，按照傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集測(cè)試方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)信號(hào)采集，系統(tǒng)硬件采用商用的4通道高速模擬數(shù)據(jù)采集卡和4通道電荷放大調(diào)理器，那么完成該工程的實(shí)驗(yàn)至少需要6張數(shù)據(jù)采集卡和6 臺(tái)電荷調(diào)理器，外加集成此數(shù)量所需的帶統(tǒng)一控制核心的處理器和機(jī)箱。大量應(yīng)用功能獨(dú)立、集成度不高的模塊直接導(dǎo)致測(cè)試環(huán)境復(fù)雜度和測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試難度的提高，以及系統(tǒng)體積和質(zhì)量的龐大。然而，對(duì)于機(jī)載設(shè)備而言，要求其的添加不會(huì)給飛機(jī)造成過(guò)大的載重負(fù)擔(dān)，而且飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)所需監(jiān)測(cè)的面積很大，特別是像我國(guó)正處于研制階段的民用大型客機(jī)C919，支持M路壓電元件的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要大規(guī)模的壓電傳感器陣列才能夠滿足要求。但是這樣又進(jìn)一步增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量。同時(shí)，大規(guī)模傳感器陣列及飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的飛行產(chǎn)生的過(guò)多的冗余及無(wú)效的信息量也給系統(tǒng)存儲(chǔ)器容量提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。故現(xiàn)有被動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不能夠滿足沖擊監(jiān)測(cè)機(jī)載設(shè)備的要求。適用于機(jī)載的沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具備體積小，質(zhì)量輕，低功耗，安裝和使用方便， 監(jiān)測(cè)區(qū)域大(支持傳感器數(shù)量大)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)沖擊事件，并能夠存儲(chǔ)有效沖擊信號(hào)和定位結(jié)果。本發(fā)明就是在此基礎(chǔ)上提出一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的問(wèn)題是開(kāi)發(fā)一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采集通道多，監(jiān)測(cè)范圍廣，可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)式監(jiān)測(cè)，硬件資源開(kāi)銷少，系統(tǒng)集成度高， 功耗低，適用于機(jī)載。該系統(tǒng)滿足η路壓電傳感通道的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，能判斷沖擊信號(hào)的到來(lái)，并依據(jù)定位最有效原則對(duì)多個(gè)通道采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，保留有效通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和傳輸。系統(tǒng)能采用信號(hào)處理計(jì)算方法得到?jīng)_擊發(fā)生區(qū)域及位置。系統(tǒng)可工作于主控模式和受控模式。主控模式下，系統(tǒng)自身按照默認(rèn)參數(shù)指導(dǎo)系統(tǒng)工作，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存于系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)卡中，待監(jiān)測(cè)任務(wù)完成后通過(guò)無(wú)線或其他外部接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳。受控模式下，系統(tǒng)受外部設(shè)備或總線命令控制。系統(tǒng)最大限度保證監(jiān)測(cè)的快速實(shí)時(shí)性。技術(shù)方案本發(fā)明是為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提供一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)電源模塊，信號(hào)接口模塊，觸發(fā)控制模塊，中央處理模塊，大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊，無(wú)線射頻模塊，外部交互接口，以及η路壓電傳感器；外部監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)接口模塊輸入觸發(fā)控制模塊，觸發(fā)控制模塊的輸出端與中央處理模塊的輸入端連接，中央處理模塊與大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊雙向通信，中央處理模塊通過(guò)外部交互接口與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述η路壓電傳感器布置于監(jiān)測(cè)對(duì)象上，系統(tǒng)電源模塊給上述模塊提供電源，其中η為大于1的自然數(shù)。優(yōu)選地，中央處理模塊通過(guò)無(wú)線射頻模塊與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。優(yōu)選地，所述觸發(fā)控制模塊包括η個(gè)結(jié)構(gòu)相同的高速電壓比較器，其中η為大于1 的自然數(shù)。優(yōu)選地，所述中央處理模塊由可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，包括邏輯控制模塊、自檢模塊、區(qū)域定位模塊、通訊模塊以及由其內(nèi)部資源構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化模塊；標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化模塊包括η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器模塊和有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器模塊；當(dāng)邏輯控制模塊響應(yīng)觸發(fā)控制模塊信號(hào)后，將η個(gè)傳感器經(jīng)觸發(fā)控制模塊后的數(shù)字布爾量信號(hào)存儲(chǔ)于η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器模塊中；同時(shí)，邏輯控制模塊根據(jù)區(qū)域定位模塊提供的定位結(jié)果，將有效傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器模塊中，并將區(qū)域定位模塊提供的定位結(jié)果也一并存入該存儲(chǔ)器模塊中；自檢模塊為系統(tǒng)自身的檢測(cè)模塊，包括傳感器檢測(cè)和硬件檢測(cè)；通訊模塊為各通訊協(xié)議服務(wù)的，其中η為大于1的自然數(shù)。優(yōu)選地，所述無(wú)線射頻模塊，通過(guò)與無(wú)線接收器的通信進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。優(yōu)選地，所述與外部的交互接口，包括Can總線接口、155 總線接口、1773光總線接口和串行數(shù)據(jù)總線接口。本發(fā)明為盡量縮短兩次沖擊監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔，即避免單線程的串行工作，使用可編程器件進(jìn)行中央處理模塊的構(gòu)建，充發(fā)利用可編程器件的并行運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，邏輯控制、區(qū)域定位、自檢、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)傳輸將組成獨(dú)立的并行工作任務(wù)，利用信號(hào)量等方式在任務(wù)間保持通信，最大限度的保證實(shí)時(shí)沖擊監(jiān)測(cè)。有益效果(1)系統(tǒng)具備大型航空結(jié)構(gòu)被動(dòng)監(jiān)測(cè)的功能電路，可實(shí)現(xiàn)沖擊區(qū)域等沖擊信息的確定。(2)系統(tǒng)采集傳感器電信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字布爾量信號(hào)，極大程度降低了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。(3)系統(tǒng)自動(dòng)選擇離沖擊源最近的若干個(gè)傳感器，舍棄多余傳感器產(chǎn)生的無(wú)效信號(hào)，降低不必要的存儲(chǔ)器硬件資源和總線通訊資源。(4)系統(tǒng)多任務(wù)并行的工作機(jī)制，大大縮減兩次監(jiān)測(cè)任務(wù)的時(shí)間間隔，提高沖擊監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。(5)系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕、功耗低、適用于機(jī)載，便于以網(wǎng)絡(luò)形式工作，能夠完成大規(guī)模的傳感器陣列監(jiān)測(cè)。(6)系統(tǒng)提供面向航空機(jī)載應(yīng)用的通用數(shù)據(jù)傳輸接口，方便批量數(shù)據(jù)的下載，同時(shí)，支持無(wú)線方式的數(shù)據(jù)傳輸。(7)系統(tǒng)工作于主控和受控模式下，既能以獨(dú)立儀器承擔(dān)監(jiān)測(cè)任務(wù)，也能作為從設(shè)備參與更大型綜合實(shí)驗(yàn)。


圖1是一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明電源分配示意圖；圖3是觸發(fā)控制模塊電壓比較器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖，(a)利用比較器芯片實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖， (b)利用現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬器件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖；圖4是邏輯控制模塊構(gòu)框圖；圖5是可編程邏輯器件與外部大容量存儲(chǔ)器卡的連接示意圖；圖6是無(wú)線射頻模塊的組網(wǎng)示意圖；圖7是本發(fā)明外部接口連接與接口芯片示意圖；圖8是實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu)圖；圖9是系統(tǒng)組網(wǎng)工作結(jié)構(gòu)示意圖10是實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式一如圖1所示，本實(shí)施例的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列實(shí)時(shí)沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)電源模塊，信號(hào)接口模塊，觸發(fā)控制模塊，中央處理模塊，大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊，無(wú)線射頻模塊以及系統(tǒng)與外部的交互接口，包括Can總線接口、1553b總線接口、 1773光總線接口和RS232等串行數(shù)據(jù)總線接口。如圖2所示為整個(gè)系統(tǒng)的電源布置情況，系統(tǒng)可接受外部提供的直流航空電源 28V供電，系統(tǒng)電源模塊將外部提供的電源通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部各模塊所需電源，包括+1. 2V，+3. 3V、+5V，這部分電源分別提供給系統(tǒng)內(nèi)部不同的功能電源輸入端。除信號(hào)接口模塊采用無(wú)源的連接方式外，其余模塊的電源供給分別為觸發(fā)控制模塊+5V，中央處理模塊I/O供電+3. 3V，內(nèi)核供電+1. 2V，高速存儲(chǔ)器模塊以及系統(tǒng)與外部的交互接口使用+5V 電源?？紤]系統(tǒng)的集成，+5V電源由DC/DC模塊轉(zhuǎn)換得到外，其余低壓電源均通過(guò)小體積貼片的低壓差穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，系統(tǒng)也可支持5V電源的直接供電。由于系統(tǒng)功耗低的特點(diǎn)， 也可以選用電池供電或者結(jié)合能量回收的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。觸發(fā)控制模塊的功能是將壓電元件產(chǎn)生的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)的高低電平由模塊中設(shè)定的參考電壓決定，該參考電壓由+5V電壓分壓所得。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)參考電壓進(jìn)行調(diào)整，可以控制該系統(tǒng)所要監(jiān)測(cè)沖擊能量的等級(jí)。觸發(fā)控制模塊內(nèi)部為η個(gè)單限電壓比較器。將比較器輸出結(jié)果作為數(shù)字布爾量處理。由于沖擊信號(hào)通常頻段處于0. 2Hz到500KHz，故選擇高速電壓比較器芯片進(jìn)行觸發(fā)控制模塊的構(gòu)建，如圖3(a) 所示，或者也可以使用現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬器件FPAA進(jìn)行電壓比較器的搭建，如圖3 (b)所示。中央處理模塊采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件FPGA實(shí)現(xiàn)，它主要包括邏輯控制模塊、自檢模塊、區(qū)域定位模塊、通訊模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊。其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用FPGA自帶的參數(shù)化模塊庫(kù)構(gòu)建完成。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器和一個(gè)有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器。η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器用于記錄每次沖擊事件發(fā)生時(shí)所有傳感器通路上一定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)字布爾量信號(hào)，有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器用于在每次沖擊事件發(fā)生時(shí)，根據(jù)區(qū)域定位模塊的定位結(jié)果，將有效傳感器通路對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存器內(nèi)部數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)于其中。區(qū)域定位模塊通過(guò)對(duì)η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器中的布爾量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出離沖擊位置最近的幾個(gè)傳感器通道號(hào)，并將處理結(jié)果實(shí)時(shí)輸出給邏輯控制模塊。自檢模塊作為絕對(duì)獨(dú)立的硬件線程在FPGA內(nèi)部工作，通過(guò)模塊中的定時(shí)器設(shè)置， 等間隔地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢測(cè)工作，檢測(cè)內(nèi)容包括傳感器和硬件系統(tǒng)自身。若發(fā)現(xiàn)傳感器失效，則將該傳感器從陣列結(jié)構(gòu)移除，如硬件系統(tǒng)自身出錯(cuò)，則終止工作，并發(fā)出警報(bào)。圖4所示為邏輯控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖，它包括有時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、觸發(fā)判斷模塊、 連續(xù)采集模塊、信息轉(zhuǎn)存模塊、信息傳輸模塊和事件處理模塊組成。首先，信息傳輸模塊獲取外部響應(yīng)的配置信息，進(jìn)行初始化配置；觸發(fā)判斷模塊對(duì)輸入進(jìn)FPGA的η路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高電平檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)高電平信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)連續(xù)采集模塊，以一定的采樣率對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集，采集到的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于FPGA內(nèi)部構(gòu)建的數(shù)據(jù)緩存器中。信息轉(zhuǎn)存模塊根據(jù)區(qū)域定位模塊提供的定位信息對(duì)有效傳感器對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)及區(qū)域定位結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)存，并使用信息傳輸模塊將其存儲(chǔ)至外部大容量存儲(chǔ)器中。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生其余各模塊所需的時(shí)鐘信號(hào)。事件處理模塊主要是對(duì)自檢模塊產(chǎn)生的結(jié)果及其余模塊的反饋信號(hào)進(jìn)行處理。通訊模塊為無(wú)線射頻模塊和外部交互接口服務(wù)，將需要傳遞的數(shù)據(jù)按照一定協(xié)議格式和時(shí)序發(fā)送給外部模塊。外部大容量高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用CF卡實(shí)現(xiàn)。CF卡功耗較低，容量相對(duì)較大，速度快，價(jià)格便宜。如圖5所示，通過(guò)外部存儲(chǔ)器控制模塊內(nèi)地址通路模塊、控制命令產(chǎn)生模塊和數(shù)據(jù)通路模塊相互配合，為CF卡提供正確的地址、數(shù)據(jù)和控制命令，從而將采集得到的數(shù)據(jù)源源不斷的保存入該器件中。圖6為無(wú)線射頻模塊的工作模式，該模塊與外部控制中心提供的無(wú)線基站通信， 在系統(tǒng)接收到相關(guān)指令時(shí)，無(wú)線射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)龐大，使用若干沖擊監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)工作時(shí)，無(wú)線傳輸?shù)姆绞娇梢砸?guī)避系統(tǒng)與外部控制中心復(fù)雜連線的問(wèn)題。通過(guò)基于IEEE802. 15. 4預(yù)先設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳遞到基站，最終移交外部控制中心進(jìn)行分析處理。如圖7所示為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)與外部總線的通訊連接方式。包括有CAN總線的通信方式、155 的通信方式、1773的光通信方式和RS232串行的通信方式。當(dāng)外部設(shè)計(jì)使用CAN 總線通信模式時(shí)，系統(tǒng)采用內(nèi)部的CAN控制器和CAN總線收發(fā)器將完成兩者之間的命令和數(shù)據(jù)交互。當(dāng)外部設(shè)計(jì)使用155 總線通信模式時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部采用155 總線協(xié)議芯片完成系統(tǒng)與外部的交互。當(dāng)外部設(shè)計(jì)使用1773光總線通信模式時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部采用1773光總線控制芯片完成系統(tǒng)與外部的交互。本實(shí)施例如圖8所示。整體硬件集成在嵌入計(jì)算機(jī)整體式鋁合金散熱外殼內(nèi)，各個(gè)模塊以堆疊方式相互支撐。各個(gè)板卡從上往下堆疊次序依次為系統(tǒng)電源模塊組成的1號(hào)板，觸發(fā)控制模塊和中央處理模塊和大容量存儲(chǔ)器組成的2號(hào)板，無(wú)線射頻組成的3號(hào)板、 由CAN控制器和收發(fā)器組成的4號(hào)板和155 協(xié)議芯片、1773光總線控制芯片和串口通信芯片組成的5號(hào)板。其中，3、4、5號(hào)板卡為可選板卡，根據(jù)特定的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行合理的配置。 壓電傳感器信號(hào)經(jīng)由信號(hào)接口模塊電路板，從設(shè)備機(jī)箱外側(cè)引入。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)備體積做到 80mm*60mm*30mm。圖9為系統(tǒng)以組網(wǎng)的形式完成大規(guī)模傳感器陣列監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)施方式二 實(shí)施方式二與實(shí)施方式一采用相同的設(shè)計(jì)原理，但是在具體的物理實(shí)現(xiàn)方面有所不同。實(shí)施方式二的電路制版采用柔性電路板制作，并將壓電傳感器集成進(jìn)柔性電路板當(dāng)中，形成自帶處理電路的壓電夾層的整體概念。將柔性板整體粘貼于被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)表面，省去了系統(tǒng)與壓電傳感器連線過(guò)程，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。圖10為實(shí)施方式二的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括系統(tǒng)電源模塊，信號(hào)接口模塊，觸發(fā)控制模塊，中央處理模塊，大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊，無(wú)線射頻模塊，外部交互接口，以及Π路壓電傳感器；外部監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)接口模塊輸入觸發(fā)控制模塊，觸發(fā)控制模塊的輸出端與中央處理模塊的輸入端連接，中央處理模塊與大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊雙向通信，中央處理模塊通過(guò)外部交互接口與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述η 路壓電傳感器布置于監(jiān)測(cè)對(duì)象上，系統(tǒng)電源模塊給上述模塊提供電源，其中η為大于1的自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，中央處理模塊通過(guò)無(wú)線射頻模塊與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
3.如權(quán)利要求1所述的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述觸發(fā)控制模塊包括η個(gè)結(jié)構(gòu)相同的高速電壓比較器，其中η為大于1的自然數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述中央處理模塊由可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，包括邏輯控制模塊、自檢模塊、區(qū)域定位模塊、通訊模塊以及由其內(nèi)部資源構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化模塊；標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化模塊包括η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器模塊和有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器模塊；當(dāng)邏輯控制模塊響應(yīng)觸發(fā)控制模塊信號(hào)后，將η個(gè)傳感器經(jīng)觸發(fā)控制模塊后的數(shù)字布爾量信號(hào)存儲(chǔ)于η個(gè)數(shù)據(jù)緩存器模塊中；同時(shí)，邏輯控制模塊根據(jù)區(qū)域定位模塊提供的定位結(jié)果，將有效傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于有效數(shù)據(jù)和區(qū)域定位結(jié)果存儲(chǔ)器模塊中，并將區(qū)域定位模塊提供的定位結(jié)果也一并存入該存儲(chǔ)器模塊中；自檢模塊為系統(tǒng)自身的檢測(cè)模塊，包括傳感器檢測(cè)和硬件檢測(cè)；通訊模塊為各通訊協(xié)議服務(wù)的，其中η為大于1的自然數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線射頻模塊，通過(guò)與無(wú)線接收器的通信進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。
6.如權(quán)利要求1所述的一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述與外部的交互接口，包括Can總線接口、155 總線接口、1773光總線接口和串行數(shù)據(jù)總線接口。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種小型化數(shù)字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括系統(tǒng)電源模塊，信號(hào)接口模塊，觸發(fā)控制模塊，中央處理模塊，大容量板載高速存儲(chǔ)器模塊，無(wú)線射頻模塊，外部交互接口，以及n路壓電傳感器。該系統(tǒng)具有體積小，質(zhì)量輕，功耗低等特點(diǎn)，該系統(tǒng)不需要信號(hào)調(diào)理及AD轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)電平比較以布爾量的形式記錄傳感器信號(hào)，能自動(dòng)提取沖擊到來(lái)時(shí)的多路有效壓電傳感器數(shù)據(jù)并對(duì)沖擊區(qū)域及位置進(jìn)行判斷?？晒ぷ饔谥骺睾褪芸啬Ｊ较?，可利用組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模傳感器陣列監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果通過(guò)無(wú)線傳輸或外部總線，飛機(jī)機(jī)上現(xiàn)場(chǎng)總線，飛機(jī)光纖數(shù)據(jù)傳輸總線等發(fā)送。
文檔編號(hào)G01L5/00GK102288346SQ20111019218
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者劉沛沛, 楊偉博, 胡步青, 袁慎芳, 邱雷, 鄭嘉楠 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)