高速水下航行体空泡压力数据采集装置制造方法
【专利摘要】高速水下航行体空泡压力数据采集装置，属于航行体控制领域，本发明为解决现有水下航行体存在控制运动方向困难的问题。本发明包括压力传感器、信号调理电路、A/D转换电路、单片机、Flash存储器、隔离电路和冗余电源；压力传感器设置在水下航行体的体表，压力传感器的压力信号输出端与信号调理电路的输入端相连；信号调理电路的输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连；A/D转换电路的数字信号输出端与单片机的压力信号输入端相连；单片机的存储数据传输端与Flash存储器的存储数据传输端相连。
【专利说明】高速水下航行体空泡压力数据采集装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高速水下航行体空泡压力数据采集装置，属于航行体控制领域。
【背景技术】
[0002]高速水下航行体的结构如图1所示，在航行体内包括仪表舱1、固体燃料发动机2，操作面板3通过操作引线4与仪表舱I连接；点火发射时，操作引线4被燃断，航行体飞出，操作面板3和航行体需要分别供电。
[0003]超空泡是一种物理现象，当物体在水中的运动速度超过185千米/小时后，其尾部就会形成奇异的大型水蒸气沟，将物体与水接触的部分包住，物体接触的介质就由水变成了水蒸气，由于空气密度只有水的1/800，因而就能大幅减少物体所受阻力，物体表面会形成大型空气泡，这就是“超空泡化现象”。这一原理的最先运用者是前苏联的研究人员，其水下速度可达传统鱼雷的3倍多。
[0004]超空泡技术可以使水下高速航行体获得90%减阻量。航行体水下高速航行时，其表面大部分被气体包围，但航行体会不时地撞击空泡体的表面，破坏空泡形状，这对航行体控制而言是不希望的外部扰动。
[0005]现有水下航行体的主要问题一是控制运动方向困难，二是气泡长时间的产生。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了解决现有水下航行体存在控制运动方向困难的问题，提供了一种高速水下航行体空泡压力数据采集装置。
[0007]本发明所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，它包括压力传感器、信号调理电路、A/D转换电路、单片机、Flash存储器、隔离电路和冗余电源；
[0008]压力传感器设置在水下航行体的体表，压力传感器的压力信号输出端与信号调理电路的输入端相连；
[0009]信号调理电路的输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连；
[0010]A/D转换电路的数字信号输出端与单片机的压力信号输入端相连；
[0011]单片机的存储数据传输端与Flash存储器的存储数据传输端相连。
[0012]本发明的优点:本发明设计了超高速水下航行体空泡压力数据采集装置，实时测量航行体空泡压力，已备分析研究航行体工作状态，优化航行控制策略之需。
[0013]空泡压力数据采集系统的最大采样频率为7.143kHz。在此采样频率下，系统能够采集2.1s的空泡压力数据，远大于航行体的有效航行时间。系统操作简单，运行可靠，可以应用于空泡压力的采集，以便于更好的控制水下航行体的运动方向。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是【背景技术】中涉及的高速水下航行体的结构示意图；
[0015]图2是本发明所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置的原理框图。【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，它包括压力传感器5、信号调理电路6、A/D转换电路7、单片机8、Flash存储器9、隔离电路10和冗余电源11 ；
[0017]压力传感器5设置在水下航行体的体表,压力传感器5的压力信号输出端与信号调理电路6的输入端相连；
[0018]信号调理电路6的输出端与A/D转换电路7的模拟信号输入端相连；
[0019]A/D转换电路7的数字信号输出端与单片机8的压力信号输入端相连；
[0020]单片机8的存储数据传输端与Flash存储器9的存储数据传输端相连。
[0021]压力传感器5选用型号为NS-B的压力传感器。此压力传感器具有不锈钢封装，结构紧凑，全密封机构，可靠性强，性能稳定，动态性能好，较强的抗干扰能力等特点。NS-B内部采用桥式测量电路，灵敏度高，5V直流电压供电，容易获得。NS-B型压力传感器的测压范围是0.5kPa-100MPa,测量范围大。
[0022]信号调理电路6采用型号为AD623的放大器来实现。经传感器转换后的量往往信号幅度很小，本系统转换后的电压信号为毫伏级，很难直接进行模数转换，因此，需要对毫伏级模拟电压信号进行放大处理。本系统中，采用了具有高精度的仪表放大器AD623，AD623是一种具有差分输入和其输出相对于参考为单端输出的闭环增益单元。输入阻抗呈对称阻抗且具有大的数值。AD623是一片高性能放大器，有着非常高的输入阻抗和低的输出阻抗。
[0023]A/D转换电路7采用MAX196芯片来实现。
[0024]单片机8采用型号为XC164CS的CMOS微控制器来实现。XC164CS是英飞凌16位单片CMOS微控制器系列的增强型产品。XC164CS将功能和性能扩展的C166SV2内核、功能强大的片上外设子系统和片上存储器单元完美结合，并且有效降低了系统损耗['XC164CS单片机的闻性能体现在:主频最大可以达到40MHz,具有5级流水线、闻效的控制指令集、功率管理特性、集成的片上存储器、外部总线接口、16级优先级的中断系统、智能片上外设子系统、片上调试支持、多达79个具有独立位寻址功能的IO引脚、较宽的温度范围，极好的稳定性和出色的抗干扰能力。
[0025]Flash存储器9采用型号为M29F102BB的Flash存储器来实现。
[0026]隔离电路10采用光耦合器来实现。航行体在水下航行，与外界没有连线，本实施方式用光耦合器作为隔离，保证操作面板3和压力采集系统不互相影响，提高电路的稳定性。
[0027]冗余电源11包括7.8V锂电池、REGl 17-5低压降稳压器和AQW212继电器；REGl 17-5低压降稳压器将7.8V锂电池输入的电压转换成5V直流电源输出，并通过AQW212继电器控制开关状态。
[0028]航行体在水下飞行，需要电源为整个系统供电，本实施方式采用7.8V锂电池供电。系统采用双冗余电源，保证采集系统供电的可靠性。设计调压电路，将7.8V直流电转换为系统工作电压5V，调压芯片选取REGl117-5，REGl 17-5是一个低压降稳压器，连接简单，只要在输出端连接电容即可，输出电压可以调节也可以输出固定值。另外，为了控制方便，采用一个开关控制整个系统电源的通断，选取继电器AQW212来实现，AQW212具有高灵敏度、高响应速度，开路时漏电流极小，低热电动势等特点。
[0029]工作过程:
[0030]本实施方式所述的高速水下航行体空泡压力数据采集装置设置在仪表舱内，水下航行体就位后，给仪表舱I上电，对Flash存储器9进行擦除操作，打开撞线开关、航行体发射、数据采集启动，航行体停止运动时，打开仪表舱1，取出数据采集系统，给系统上电，拨动读数开关，读取Flash存储器9数据。
[0031]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括串口电路12，单片机8通过串口电路12与PC机13进行数据通信。采集到的数据通过串口电路12发送至PC机13，并在用户显示界面上显示。
【权利要求】
1.高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，它包括压力传感器(5)、信号调理电路(6)、A/D转换电路(7)、单片机(8)、Flash存储器(9)、隔离电路(10)和冗余电源(11)； 压力传感器(5)设置在水下航行体的体表，压力传感器(5)的压力信号输出端与信号调理电路(6)的输入端相连； 信号调理电路(6)的输出端与A/D转换电路(7)的模拟信号输入端相连； A/D转换电路(7)的数字信号输出端与单片机(8)的压力信号输入端相连； 单片机(8)的存储数据传输端与Flash存储器(9)的存储数据传输端相连。
2.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，它还包括串口电路(12)，单片机(8)通过串口电路(12)与PC机(13)进行数据通信。
3.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，压力传感器(5)选用型号为NS-B的压力传感器。
4.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，信号调理电路(6)采用型号为AD623的放大器来实现。
5.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，A/D转换电路(7)采用MAX196芯片来实现。
6.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，单片机(8)采用型号为XC164CS的CMOS微控制器来实现。
7.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，Flash存储器(9)采用型号为M29F102BB的Flash存储器来实现。
8.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，隔离电路(10)采用光耦合器来实现。
9.根据权利要求1所述高速水下航行体空泡压力数据采集装置，其特征在于，冗余电源(11)包括7.8V锂电池、REGl 17-5低压降稳压器和AQW212继电器；REG117-5低压降稳压器将7.8V锂电池输入的电压转换成5V直流电源输出，并通过AQW212继电器控制开关状态。
【文档编号】G01L9/00GK103759879SQ201410013172
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】于占东, 尹珅, 张爱华 申请人:渤海大学