高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，屬于航行體控制領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有水下航行體存在控制運(yùn)動方向困難的問題。本發(fā)明包括壓力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、Flash存儲器、隔離電路和冗余電源；壓力傳感器設(shè)置在水下航行體的體表，壓力傳感器的壓力信號輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連；信號調(diào)理電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端相連；A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸出端與單片機(jī)的壓力信號輸入端相連；單片機(jī)的存儲數(shù)據(jù)傳輸端與Flash存儲器的存儲數(shù)據(jù)傳輸端相連。
【專利說明】高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，屬于航行體控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高速水下航行體的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在航行體內(nèi)包括儀表艙1、固體燃料發(fā)動機(jī)2，操作面板3通過操作引線4與儀表艙I連接；點(diǎn)火發(fā)射時，操作引線4被燃斷，航行體飛出，操作面板3和航行體需要分別供電。
[0003]超空泡是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)物體在水中的運(yùn)動速度超過185千米/小時后，其尾部就會形成奇異的大型水蒸氣溝，將物體與水接觸的部分包住，物體接觸的介質(zhì)就由水變成了水蒸氣，由于空氣密度只有水的1/800，因而就能大幅減少物體所受阻力，物體表面會形成大型空氣泡，這就是“超空泡化現(xiàn)象”。這一原理的最先運(yùn)用者是前蘇聯(lián)的研究人員，其水下速度可達(dá)傳統(tǒng)魚雷的3倍多。
[0004]超空泡技術(shù)可以使水下高速航行體獲得90%減阻量。航行體水下高速航行時，其表面大部分被氣體包圍，但航行體會不時地撞擊空泡體的表面，破壞空泡形狀，這對航行體控制而言是不希望的外部擾動。
[0005]現(xiàn)有水下航行體的主要問題一是控制運(yùn)動方向困難，二是氣泡長時間的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有水下航行體存在控制運(yùn)動方向困難的問題，提供了一種高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置。
[0007]本發(fā)明所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，它包括壓力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、Flash存儲器、隔離電路和冗余電源；
[0008]壓力傳感器設(shè)置在水下航行體的體表，壓力傳感器的壓力信號輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連；
[0009]信號調(diào)理電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸入端相連；
[0010]A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸出端與單片機(jī)的壓力信號輸入端相連；
[0011]單片機(jī)的存儲數(shù)據(jù)傳輸端與Flash存儲器的存儲數(shù)據(jù)傳輸端相連。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明設(shè)計(jì)了超高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)時測量航行體空泡壓力，已備分析研究航行體工作狀態(tài)，優(yōu)化航行控制策略之需。
[0013]空泡壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最大采樣頻率為7.143kHz。在此采樣頻率下，系統(tǒng)能夠采集2.1s的空泡壓力數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)大于航行體的有效航行時間。系統(tǒng)操作簡單，運(yùn)行可靠，可以應(yīng)用于空泡壓力的采集，以便于更好的控制水下航行體的運(yùn)動方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是【背景技術(shù)】中涉及的高速水下航行體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置的原理框圖。【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，它包括壓力傳感器5、信號調(diào)理電路6、A/D轉(zhuǎn)換電路7、單片機(jī)8、Flash存儲器9、隔離電路10和冗余電源11 ；
[0017]壓力傳感器5設(shè)置在水下航行體的體表,壓力傳感器5的壓力信號輸出端與信號調(diào)理電路6的輸入端相連；
[0018]信號調(diào)理電路6的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路7的模擬信號輸入端相連；
[0019]A/D轉(zhuǎn)換電路7的數(shù)字信號輸出端與單片機(jī)8的壓力信號輸入端相連；
[0020]單片機(jī)8的存儲數(shù)據(jù)傳輸端與Flash存儲器9的存儲數(shù)據(jù)傳輸端相連。
[0021]壓力傳感器5選用型號為NS-B的壓力傳感器。此壓力傳感器具有不銹鋼封裝，結(jié)構(gòu)緊湊，全密封機(jī)構(gòu)，可靠性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，動態(tài)性能好，較強(qiáng)的抗干擾能力等特點(diǎn)。NS-B內(nèi)部采用橋式測量電路，靈敏度高，5V直流電壓供電，容易獲得。NS-B型壓力傳感器的測壓范圍是0.5kPa-100MPa,測量范圍大。
[0022]信號調(diào)理電路6采用型號為AD623的放大器來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的量往往信號幅度很小，本系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的電壓信號為毫伏級，很難直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，需要對毫伏級模擬電壓信號進(jìn)行放大處理。本系統(tǒng)中，采用了具有高精度的儀表放大器AD623，AD623是一種具有差分輸入和其輸出相對于參考為單端輸出的閉環(huán)增益單元。輸入阻抗呈對稱阻抗且具有大的數(shù)值。AD623是一片高性能放大器，有著非常高的輸入阻抗和低的輸出阻抗。
[0023]A/D轉(zhuǎn)換電路7采用MAX196芯片來實(shí)現(xiàn)。
[0024]單片機(jī)8采用型號為XC164CS的CMOS微控制器來實(shí)現(xiàn)。XC164CS是英飛凌16位單片CMOS微控制器系列的增強(qiáng)型產(chǎn)品。XC164CS將功能和性能擴(kuò)展的C166SV2內(nèi)核、功能強(qiáng)大的片上外設(shè)子系統(tǒng)和片上存儲器單元完美結(jié)合，并且有效降低了系統(tǒng)損耗['XC164CS單片機(jī)的聞性能體現(xiàn)在:主頻最大可以達(dá)到40MHz,具有5級流水線、聞效的控制指令集、功率管理特性、集成的片上存儲器、外部總線接口、16級優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)、智能片上外設(shè)子系統(tǒng)、片上調(diào)試支持、多達(dá)79個具有獨(dú)立位尋址功能的IO引腳、較寬的溫度范圍，極好的穩(wěn)定性和出色的抗干擾能力。
[0025]Flash存儲器9采用型號為M29F102BB的Flash存儲器來實(shí)現(xiàn)。
[0026]隔離電路10采用光耦合器來實(shí)現(xiàn)。航行體在水下航行，與外界沒有連線，本實(shí)施方式用光耦合器作為隔離，保證操作面板3和壓力采集系統(tǒng)不互相影響，提高電路的穩(wěn)定性。
[0027]冗余電源11包括7.8V鋰電池、REGl 17-5低壓降穩(wěn)壓器和AQW212繼電器；REGl 17-5低壓降穩(wěn)壓器將7.8V鋰電池輸入的電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電源輸出，并通過AQW212繼電器控制開關(guān)狀態(tài)。
[0028]航行體在水下飛行，需要電源為整個系統(tǒng)供電，本實(shí)施方式采用7.8V鋰電池供電。系統(tǒng)采用雙冗余電源，保證采集系統(tǒng)供電的可靠性。設(shè)計(jì)調(diào)壓電路，將7.8V直流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電壓5V，調(diào)壓芯片選取REGl117-5，REGl 17-5是一個低壓降穩(wěn)壓器，連接簡單，只要在輸出端連接電容即可，輸出電壓可以調(diào)節(jié)也可以輸出固定值。另外，為了控制方便，采用一個開關(guān)控制整個系統(tǒng)電源的通斷，選取繼電器AQW212來實(shí)現(xiàn)，AQW212具有高靈敏度、高響應(yīng)速度，開路時漏電流極小，低熱電動勢等特點(diǎn)。
[0029]工作過程:
[0030]本實(shí)施方式所述的高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置在儀表艙內(nèi)，水下航行體就位后，給儀表艙I上電，對Flash存儲器9進(jìn)行擦除操作，打開撞線開關(guān)、航行體發(fā)射、數(shù)據(jù)采集啟動，航行體停止運(yùn)動時，打開儀表艙1，取出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給系統(tǒng)上電，撥動讀數(shù)開關(guān)，讀取Flash存儲器9數(shù)據(jù)。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括串口電路12，單片機(jī)8通過串口電路12與PC機(jī)13進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。采集到的數(shù)據(jù)通過串口電路12發(fā)送至PC機(jī)13，并在用戶顯示界面上顯示。
【權(quán)利要求】
1.高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，它包括壓力傳感器(5)、信號調(diào)理電路(6)、A/D轉(zhuǎn)換電路(7)、單片機(jī)(8)、Flash存儲器(9)、隔離電路(10)和冗余電源(11)； 壓力傳感器(5)設(shè)置在水下航行體的體表，壓力傳感器(5)的壓力信號輸出端與信號調(diào)理電路(6)的輸入端相連； 信號調(diào)理電路(6)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路(7)的模擬信號輸入端相連； A/D轉(zhuǎn)換電路(7)的數(shù)字信號輸出端與單片機(jī)(8)的壓力信號輸入端相連； 單片機(jī)(8)的存儲數(shù)據(jù)傳輸端與Flash存儲器(9)的存儲數(shù)據(jù)傳輸端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，它還包括串口電路(12)，單片機(jī)(8)通過串口電路(12)與PC機(jī)(13)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，壓力傳感器(5)選用型號為NS-B的壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，信號調(diào)理電路(6)采用型號為AD623的放大器來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換電路(7)采用MAX196芯片來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，單片機(jī)(8)采用型號為XC164CS的CMOS微控制器來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，F(xiàn)lash存儲器(9)采用型號為M29F102BB的Flash存儲器來實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，隔離電路(10)采用光耦合器來實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速水下航行體空泡壓力數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，冗余電源(11)包括7.8V鋰電池、REGl 17-5低壓降穩(wěn)壓器和AQW212繼電器；REG117-5低壓降穩(wěn)壓器將7.8V鋰電池輸入的電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電源輸出，并通過AQW212繼電器控制開關(guān)狀態(tài)。
【文檔編號】G01L9/00GK103759879SQ201410013172
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】于占東, 尹珅, 張愛華 申請人:渤海大學(xué)