[中国第一个目标飞行器]用于飞行器分离测速的数据采集处理系统

    关键词：飞行器分离 测速 数据采集

飞行器飞行中的分离速度是指爆炸螺栓爆炸裂后，各级助推器之间以及助推器与载荷之间的分离速度，是飞行器的关键参数之一，直接决定了飞行器能否安全分离。因而在飞行器的地面试验研究中，需要对飞行器分离速度进行测量分析。传统的测量方法是采用高速摄像机，飞行器分离时从各个角度进行高速摄像，事后对图像信号进行处理，从而获得飞行器分离的速度、加速度信息。但这种方式存在成本高、精度低、难以操作、实时性差等缺点。因此，随着飞行器试验研究的不断深入，迫切需要一种高精度、高性能价格比的测速系统。本文介绍了一种用于飞行器地面分离实验的计算机测速系统，系统示意图见图1。该系统包括传感器和计算机数据采集处理分析系统。多通道高速大容量数据采集处理分析系统是飞行器分离测速系统的关键部分。主要用于在飞行器分离时对均匀分布于飞行器分离截面的传感器信息进行6路并行零相差高速长时间不间断采集、实时或事后数据处理分析，从而得到飞行器分离的速度及加速度曲线。数据采集与处理系统由6通道数据采集卡、主控微机及系统主控、数据处理分析软件构成。该系统已成功地用于某飞行器的地面试验研究。
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1 多通道并行高速数据采集卡

6路并行零相差高速数据采集卡主要用来对均匀分布于分离截面的6速度传感器信号进行采集。它主要包括可编程衰减放大器、高速D/A转换器、FPGA门阵列逻辑控制电路等几部分。其原理框图如图2。

    1.1 多通道数据采集卡的技术指标

（1）通道数：6个；

（2）采样频率：1MHz；

（3）数据分辨率：12位；

（4）大容量数据缓存：2×512K×12bits乒乓缓存，连续不间断采样数据量以主控微机可用内存为上限；

    （5）同步接口：任意通道触发采集，触发电平0～12V连续可调；

（6）模拟信号带宽：500kHz；

（7）模拟信号动态范围：0～12V；

（8）负延时长度：0～256KB即0～256ms可选；

（9）计算机接口：PCI接口。

1.2 6通道数据采集卡的设计

1.2.1 可编程衰减放大器

衰叛乱放大器将传感器模拟信号适当衰减后（衰减比例为4），送入宽带视频放大器放大，驱动相应通道的A/D转换器。由于传感器信号的幅度高达12V，远远超出了A/D转换器所以接受的2.5V的动态范围，因此设计了衰减电路，其衰减由RC衰减网络实现。

    1.2.2 6路并行A/D转换器

为了采集6路并行的位移传感器信号，系统需要6路并行的A/D转换电路。本系统采用了美国ANALOG DEVICE公司的12位高速单片A/D转换芯片AD9221作为A/D电路的核心器件。AD9221具有睡内采样保持电路以及低温度飘移系数的基准电源，仅以单一的+5V电源工作。它的无杂散动态范围可达80dB，很适合本系统的要求；同时高速A/D电路的模拟信号输入采用单电源的缓冲运算放大器，避免了毁灭性的ADC过激励。模拟信号缓冲及输入电路见图3。

1.2.3 FPGA门阵列逻辑控制电路

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