【正文】 理控制的作用。同理，由于ONB的變高致使VEE產(chǎn)生和VJJ產(chǎn)生，這樣就完成了系統(tǒng)上電時(shí)的電源控制。此時(shí)由于ONA為高電平，U4（LP2985）的ON端使能，LP2985工作將++5V電壓；同時(shí)由于ONA的變高導(dǎo)致HEF4013的第八管腳由低電平經(jīng)過=R6根據(jù)電路圖中的設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)即ON點(diǎn)短暫置低，ON端信號由低電平經(jīng)過=R7LP2985(LOUA)輸出為恒定+5V電壓，LP2987(L43A)輸出為恒定+。其電路原理圖如下所示： 電源管理模塊原理圖，芯片選用HEF401LP2985(LOUA)、LP2987(L43A)。此部分電路的供電原理框圖如下：七節(jié)電池兩節(jié)電池電源管理傳感器供電電路數(shù)字模塊除晶振外的器件晶振模擬電路各器件5V控制 電源管理模塊供電原理框圖電源管理電路主要是控制整個(gè)電路的電源工作狀態(tài)。當(dāng)三極管工作于飽和態(tài)時(shí)，傳感器地端與電路地接通，傳感器供電電路部分形成回路，開始工作，反之，則不能工作。在三極管的基極B通過電阻接控制信號ONB，集電極C接傳感器的地線，發(fā)射極E接電路地線。此部分電路采用隔直電容將ICP傳感器的輸出直流電壓濾除，交流電壓SI傳送到下一級電路。在這部分的設(shè)計(jì)中，是因?yàn)閭鞲衅鞯綔y試系統(tǒng)之間的引線只有13cm左右，此電壓和電流能夠完全滿足傳感器的穩(wěn)定工作的要求。 傳感器供電電路圖，使傳感器工作于穩(wěn)定狀態(tài)。模擬模塊電路在測試系統(tǒng)中主要包括傳感器供電電路、電源管理電路、濾波放大電路。傳感器是測試系統(tǒng)至關(guān)重要的組成部分，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的分析及量程要求，本測試系統(tǒng)選用的傳感器為美國PCB公司的113B27和113B28型號的ICP壓電傳感器。軟件還包括其他的頻譜分析、波形輸出等功能，在這些常用功能上，力求簡潔明了、適用可靠的設(shè)計(jì)，論文中就不作詳細(xì)的介紹了。計(jì)算機(jī)和裝置的通信可采用無線和USB兩種途徑來完成。FPGA控制軟件設(shè)計(jì)分為控制AD轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì)和控制閃存程序設(shè)計(jì)；USB軟件設(shè)計(jì)主要是對GPIF固件的設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)可分成兩個(gè)部分：測試開始前的系統(tǒng)配置部分和測試完畢后的數(shù)據(jù)讀取及數(shù)據(jù)處理部分。在本測試系統(tǒng)中，我們用GPIF軟件設(shè)置對閃存的讀數(shù)控制波形和擦除控制波形。對CY7C68013芯片的編輯設(shè)置我們采用GPIF（即通用可編程接口）方式。無線模塊我們采用ZigBee技術(shù)，應(yīng)用主從ZigBee模塊來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對測試系統(tǒng)的設(shè)置與控制。模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)需求信息我們選用14位的A/D芯片；邏輯時(shí)序控制芯片采用GPGA，用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的時(shí)序控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)緩存工作等；數(shù)據(jù)存儲芯片我們采用閃存，其可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掉電數(shù)據(jù)不丟失、數(shù)據(jù)存儲量大的優(yōu)點(diǎn)。信號的放大濾波電路實(shí)現(xiàn)的主要功能是①根據(jù)測試量程的需要，完成對模擬信號放大1倍或者10倍的設(shè)計(jì)；②對模擬信號的濾波采用二階壓控電壓源低通濾波電路，根據(jù)沖擊波超壓信號的特性，截至頻率設(shè)置為150kHz。由于采用升壓電路電源抖動(dòng)比較大，很容易對測試系統(tǒng)造成噪聲干擾，所以我們采用7節(jié)充電電池串聯(lián)的方式對傳感器進(jìn)行供電。 113B27/28壓電傳感器（2） 模擬模塊的設(shè)計(jì)思路模擬模塊電路由三部分組成：傳感器供電電路、電源管理電路、模擬信號的放大濾波電路。5V）。傳感器內(nèi)部與集成電路高質(zhì)量的耦合在一起，按照不同的傳感器類型輸出正比于壓力的信號。由下圖可以看到系統(tǒng)帶寬遠(yuǎn)大于100kHz。測試系統(tǒng)幅頻特性可由系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系而獲得。PCB113B27壓電式傳感器的從零值上升到最大值的時(shí)間為4us,過沖量為20%，自帶調(diào)理電路的PCB113B28相應(yīng)的兩值分別為6us和16%。下面以具有代表性的兩種傳感器來分析其特性：一是美國PCB公司生產(chǎn)的113B型ICP壓電式壓力傳感器；二是美國ENDEVCO公司生產(chǎn)的8530型壓阻式壓力傳感器。在目前的沖擊波壓力測試中，大多采用了壓電式傳感器。電容傳聲式測試系統(tǒng)的頻響一般為2～100KHz，能夠應(yīng)用于小口徑槍炮等的沖擊波測試[25]；壓阻式測試系統(tǒng)的頻響一般為0～200KHz，是不錯(cuò)的測試系統(tǒng)；壓電晶體式測試系統(tǒng)頻響一般為1～100KHz，是目前國內(nèi)最常用的沖擊波測試系統(tǒng)。此時(shí)可擦除測試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，下電等待下次實(shí)驗(yàn)。測試系統(tǒng)記錄10s后自動(dòng)下電，數(shù)據(jù)采集存儲完畢，等待讀取數(shù)據(jù)。如果采用無線觸發(fā)方式，則計(jì)算機(jī)通過無線模塊發(fā)送觸發(fā)命令，系統(tǒng)觸發(fā)進(jìn)入測試數(shù)據(jù)記錄階段。測試系統(tǒng)主要由傳感器、模擬模塊、數(shù)字模塊（數(shù)據(jù)采集存儲）、無線模塊、usb讀數(shù)模塊、計(jì)算機(jī)和安裝裝置(殼體)等組成，沖擊波超壓的測試環(huán)境相當(dāng)惡劣，殼體除了具有屏蔽作用之外還要求它具有很強(qiáng)的抗沖擊能力，能夠起到保護(hù)殼體內(nèi)部測試系統(tǒng)的硬件部分的作用，所以殼體采用高強(qiáng)度的剛體結(jié)構(gòu)，最大能夠承受10MPa以上的沖擊波壓力。在設(shè)計(jì)過程中，如果選擇多次重觸發(fā)，考慮到每一次觸發(fā)的記錄時(shí)間相比之下比較短暫，有可能使在選擇外觸發(fā)的時(shí)候由于時(shí)間短暫而不能完好的記錄爆炸曲線，所以我們將總的存儲空間增大，每一次的存儲時(shí)間加長來避免此問題。在大威力的爆炸沖擊波下，能保證測試系統(tǒng)正常工作，記錄可靠，保護(hù)測試裝置效果良好。（5） 由于測試對象的爆炸破片的威脅，我們對測試系統(tǒng)實(shí)施了保護(hù)措施。FPGA內(nèi)部有集成的RAM，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存，避免用外部FIFO減少了系統(tǒng)功耗；閃存具有存儲容量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)。（3） 信號的采集與存儲電路是整個(gè)測試系統(tǒng)的核心。（2） 我們通過分析幾種無線通信技術(shù)BlueTooth、ZigBee、Wifi等技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了具有低功耗、低成本特點(diǎn)的ZigBee技術(shù)。3dB)；（3） 系統(tǒng)記錄時(shí)間：4s；（4） 最高采樣頻率：1Ms/s；（5） 轉(zhuǎn)換分辨率：14bit；（6） 存儲容量：4M words。（1） 可通過計(jì)算機(jī)、無線設(shè)備或者USB編程設(shè)置工作參數(shù)：采樣頻率：1M、500K、250K、125K 可選模擬信號增益：1倍、10倍 可選重觸發(fā)方式：單次觸發(fā)、多次觸發(fā) 可選觸發(fā)方式：內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)、無線觸發(fā)、混合全觸發(fā) 可選內(nèi)觸發(fā)電平： 可任意設(shè)置（2） 狀態(tài)控制：控制測試過程的啟動(dòng)、觸發(fā)及停止；系統(tǒng)檢測：檢查系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)；數(shù)據(jù)顯示：可顯示通道數(shù)據(jù)曲線,圖形可放大或縮??；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多種數(shù)據(jù)格式或圖形文件；數(shù)據(jù)處理：能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行濾波、氣象修正、傅立葉幅值譜等信號處理；特征值顯示：包括正超壓峰值和A、B、C持續(xù)時(shí)間、沖量等；其他功能：生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、打印等。第二章 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路本測試系統(tǒng)主要用于測量彈藥空中爆炸沖擊波超壓場各測試點(diǎn)的峰值壓力、沖量和正壓作用時(shí)間等特征參數(shù)。用激波管對測試系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了多次現(xiàn)場實(shí)爆試驗(yàn)。目前，F(xiàn)PGA的主要發(fā)展動(dòng)向歸納起來有以下幾點(diǎn)：（1）向大規(guī)模，高集成度方向發(fā)展；（2）向提高速度和提升性能方面發(fā)展；（3）利用IP庫的，向?qū)?IP硬核嵌入到FPGA器件中和擴(kuò)充優(yōu)化IP軟核兩個(gè)方向發(fā)展；（4）價(jià)格不斷降低；（5）向可編程系統(tǒng)芯片（sopc）方向發(fā)展[23]?？v觀FPGA的發(fā)展歷史，其之所以具有巨大的市場吸引力和如此驚人的發(fā)展速度，原因在于它的強(qiáng)大優(yōu)勢：（1）解決了電子系統(tǒng)小型化、低功耗、可靠性等問題；（2）開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價(jià)格不斷降低。FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programable Gate Array)的簡稱，自1985年Xilinx公司推出的第一片F(xiàn)PGA至今，它已經(jīng)經(jīng)歷了二十幾年的發(fā)展時(shí)間。（6）安全:ZigBee提供了數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證, 同時(shí)采用了AES128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活的確定其安全屬性。（5）可靠:采取了碰撞避免策略,同時(shí)為了滿足某些固定帶寬的通信業(yè)務(wù)的需求，而預(yù)留了專用時(shí)隙,避免了在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。相比較，藍(lán)牙需要3～10s，WiFi需要3s[22]。 （2）成本低:ZigBee模塊的成本在45元人民幣左右,不到藍(lán)牙的1/10,并且ZigBee協(xié)議免專利費(fèi)。相對于其他無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)：（1）低功耗:由于ZigBee的傳輸速率和發(fā)射功率（1mW）低,同時(shí)它還采用了休眠模式,功耗低,所以ZigBee設(shè)備非常省電，有人估算，僅靠兩節(jié)5號普通電池，ZigBee 設(shè)備就可以維持長達(dá)6個(gè)月～2年左右的使用時(shí)間。ZigBee技術(shù)是由13家通信領(lǐng)域的和傳感器領(lǐng)域的主要知名廠商于2004年底共同發(fā)起制定的一種技術(shù)，同時(shí)成立了ZigBee聯(lián)盟以避免標(biāo)準(zhǔn)混亂。下面給出了常用的幾種無線通信技術(shù)的主要性能參數(shù)對比表[21]，： 幾種常用無線通信技術(shù)主要性能指標(biāo)對比表傳輸方式BlueTooth（）WiFi（）IrDAZigBee（）系統(tǒng)成本較高高低低電池壽命較短短長最長網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)7302255/65000+物理范圍（有效）10m100m定向1m1100+傳輸率1Mbps11 Mbps16 Mbps Mbps20/250kbps傳輸介質(zhì) 射頻 射頻980nm 紅外 射頻由于測試系統(tǒng)由內(nèi)置電池供電，對功耗的要求非常嚴(yán)格，所以在選擇無線通信技術(shù)的時(shí)候首先以低功耗為準(zhǔn)則，其次成本、可靠等也是參考的主要性能指標(biāo)。近年來，在軍事、生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中，無線通信技術(shù)有了越來越廣泛的應(yīng)用。無線通信技術(shù)在存儲測試技術(shù)上的應(yīng)用，將會進(jìn)一步的簡化測試操作、提高測試的可靠性[19][20]。同時(shí)存儲式測試系統(tǒng)在智能化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嫒源嬖谝恍﹩栴}[16]。（2）實(shí)驗(yàn)效率低。雖然這種測試方法克服了引線式測試方法的諸多缺點(diǎn)，但它也有自己的不足之處：（1）不能實(shí)時(shí)監(jiān)測測試系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)。在實(shí)際的測試應(yīng)用中，要將存儲測試系統(tǒng)提前放置在被測環(huán)境里，在測試記錄完畢后將測試系統(tǒng)收回，并通過讀數(shù)電纜讀取測試系統(tǒng)中的測試數(shù)據(jù)[15]。由于以上不足，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人使用這種方法。③ 測量系統(tǒng)的組成設(shè)備多,成本高、體積龐大繁瑣、抗電磁干擾能力和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力差、野外試驗(yàn)靈活性及穩(wěn)定性差, 并且受野外試驗(yàn)條件的制約程度高。但測試系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)不足之處：① 壓力傳感器到測試儀器之間的模擬信號需要由低噪聲長電纜進(jìn)行傳輸,當(dāng)沖擊波作用于信號傳輸電纜時(shí)，會產(chǎn)生“電纜效應(yīng)”，并且將由此而產(chǎn)生的虛假信號疊加在被測模擬信號上而引起額外的干擾。當(dāng)爆炸沖擊波到來時(shí)，它作用于壓力傳感器并將其產(chǎn)生電信號通過長導(dǎo)線傳輸?shù)綔y試儀器上，經(jīng)過前置適配器的轉(zhuǎn)換和放大后由瞬態(tài)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲記錄工作，最后通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的分析處理和再現(xiàn)。以下簡單介紹這兩種實(shí)驗(yàn)方法。隨著這種方法的不斷發(fā)展，目前大當(dāng)量裝藥的實(shí)爆試驗(yàn)比較常用的沖擊波超壓測試方法主要有兩種：引線式測試方法和存儲式測試方法。傳統(tǒng)的測量沖擊波經(jīng)過一定距離所用的時(shí)間的方法有很多，如高速轉(zhuǎn)鏡法、激光干涉儀、光纖探針法[13]、電容法、電磁法等。為了測量沖擊波的速度，我們可以通過測量沖擊波走過的距離和相應(yīng)用的時(shí)間來得到。但是這種生物試驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的人力資源和物力資源，并具有它的負(fù)面效應(yīng)[12]。(3)生物試驗(yàn)法:此種試驗(yàn)方法需要選擇具有代表性的一類生物,按照一定的測試要求而布置在爆炸現(xiàn)場某些具體方位處,爆炸試驗(yàn)后,大致觀察生物的毀傷情況,分級進(jìn)行評判。此種方法不但簡單易行而且有效,可以作為一種爆炸壓力場測試的輔助方法。雖然此方法可以用來測試與衡量沖擊波的超壓值，但對超壓值的測量也不太準(zhǔn)確，同時(shí)也不能得到相應(yīng)的沖擊波壓力時(shí)間曲線和正壓、負(fù)壓時(shí)間。2006年中北大學(xué)動(dòng)態(tài)測試和智能儀器實(shí)驗(yàn)室開始將無線通信技術(shù)應(yīng)用于存儲式?jīng)_擊波超壓測試系統(tǒng)中，改善了沖擊波存儲測試方法。2002年，北京理工大學(xué)針對爆炸沖擊波存儲測試問題，提出了一種新型數(shù)字存儲式測壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，建立了存儲測試系統(tǒng)信息傳輸模型及測試通道信息有效性準(zhǔn)則，引入了信息的真和率失真函數(shù)概念進(jìn)行測試通道設(shè)計(jì)[10]。在綜合分析研究多種ＦＡＥ爆炸壓力測試方法的基礎(chǔ)上，提出了以內(nèi)裝電壓放大器的測壓系統(tǒng)代替電荷放大器的測壓系統(tǒng)及數(shù)字存儲式的壓力測試系統(tǒng)為主要的兩種測試方法[8]。1998年3月，華北工學(xué)院測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在沖擊波測試方法上進(jìn)一步進(jìn)行了探索，根據(jù)測試系統(tǒng)存在超調(diào)而無法給出沖擊波超壓峰值誤差的難題，設(shè)計(jì)了兼顧被測信號的有效帶寬和測試系統(tǒng)的特性的濾波器，能夠得到被測信號誤差很小的估計(jì)值[7]。正負(fù)相沖量是重要的爆炸波參數(shù)，正相和負(fù)相的沖量表達(dá)式如下[4][5]：正相沖量： （）負(fù)相沖量： （）1997年，華北工學(xué)院測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于動(dòng)態(tài)測試?yán)碚?，提出了一種沖擊波超壓的存儲測試方法。數(shù)值通常稱為峰值靜（側(cè)向）超壓或僅稱為峰值超壓。如果再假定存在著一個(gè)理想的壓力傳感器,它不但不阻礙波陣面后空氣的流動(dòng),而且能夠給出與超壓變化完全同步的測試結(jié)果, 。以爆炸源在大氣中的理想爆炸沖擊波為例，介紹爆炸沖擊波的爆炸作用過程。爆炸沖擊波的毀傷效果的程度主要取決于沖擊波超壓、動(dòng)壓峰值及其作用時(shí)間[2][3]。炸彈在大氣環(huán)境中爆炸時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)釋放出高溫、高壓火球，此火球由爆炸產(chǎn)物組成并且急劇、迅速的朝周圍空間膨脹，形成了極強(qiáng)的超壓沖擊波。所以爆炸沖擊波超壓的測試非常重要。爆炸產(chǎn)物在距離較近處起作用,殺傷力大，而沖擊波能在較遠(yuǎn)距離對各種目標(biāo)起殺傷和破壞作用,因此爆炸沖擊波是這類武器在距離較遠(yuǎn)處的重要?dú)蛩?。?dāng)今世