一种37mm高射炮作业数据信息采集装置的制作方法

本实用新型涉及高射炮作业数据信息采集装置，更具体涉及一种用于检测37mm高炮用弹量、后座量位移指标，收集和储存37mm高炮进行人影作业时的方位角、射角和作业时间等信息，实时监测高炮的工作状态的装置，适用于各地气象部门预防和降低自然灾害而进行的人工影响天气作业。

背景技术：

人工影响天气是指为避免或者减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，实现增雨雪、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。目前在国内，各地气象部门人工影响天气作业主要靠高射炮将装有催化剂的炮弹发射到云中预定部位，为达到预期效果，可连续发射多枚，因此对人影37mm高射炮作业进行更安全高效的管理，就显得尤其重要。37mm高射炮作业数据信息采集装置很好地解决了这一问题。目前对于37mm高射炮作业数据信息数据进行采集的方法主要有下面这些：

高射炮用弹量检测：利用高射炮发射产生的前导噪音、声级突升和声级峰值,作为高射炮作业数据自动采集的指标,来识别单管或双管、单次或连续发射的每发数据,实现对发射时间和发射弹量的采集；利用高射炮每次发射炮弹的声级峰值进行简单对比,作为直观检验用弹量的一个参考.该方法数据量化参考标准具有相对性，易受周围障碍物的影响，是在一个相对理想化的实验室环境下设计的，精确度和准确率无法保证，实际作业环境相对复杂，并且振动异常剧烈，因此，根据声音来量化不可取。

高射炮发射的方位角、射角数据采集：利用声级感应阵列和到达时差法声源定位原理易受环境周围障碍物回声影响而产生偏差.因此方位角、射角测定要排除环境因素对测量的影响。

较先进的高射炮方位角、射角检测数据采集：采用基于MEMS技术的陀螺仪和专业的数据采集MCU组合来检测空间两点的角位移,可以直接检测角度,此法体积小，重量轻，内部无转动部件，全固态装置，抗大过载冲击，工作寿命长，量程大，易于数字化，适用物体高转速大g值的情形，否则影响其稳定性。高炮 在作业过程中调整方位角和射角速度都比较慢。

传统的37mm高射炮作业数据依靠人工记录保存，这样容易出现错误，并对历史数据有遗失风险，不利于查阅分析，因此给人工影响天气的作业指导分析带来了障碍，不利于有效降灾减灾。

本实用新型提供了一种后座量、射角、方位角和用弹量分别检测然后通过GPRS网络将检测数据实时传输至指挥中心的方法，并自动监测报警，最大限度地降低了人为和环境等因素造成的偏差，保障了作业安全，保证了作业数据的实时性和准确率，提高了工作效率。

2016年2月，中国气象局出台了《人工影响天气业务现代化建设三年行动计划重点任务推进方案》，明确了云模式预报与产品释用、云降水监测分析与应用、作业效果评估、云水资源评估等4项关键技术任务和综合业务系统推广应用、物联网技术应用等两项技术系统任务的“路线图”和“时间表”。因此实现人影作业实施与管理的智能化、物联网化迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于提供了一种37mm高炮信息数据采集的全面的快捷的检测装置，结构简单，使用方便，所采集的数据信息全面，精度高，对整个高炮作业情况掌握比较详细，能远距离监测高射炮作业状态，方便指挥中心对高射炮进行管理，有利于指挥中心及时调整作业方案。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种37mm高射炮作业数据信息采集装置，包括：左管后座量位移传感器、右管后座量位移传感器、左管用弹量计数接近开关、右管用弹量计数接近开关、后座量超限声光报警器、免维护电瓶低电量声光报警器、身管射角传感器、方位角度编码器、智能三段式充电器、免维护电瓶、无线数据采集控制收发器RTU、数据信息采集控制箱、计算机服务器、指挥中心大方人影信息管理平台软件。其特征在于：无线数据采集控制收发器RTU分别与左管后座量位移传感器、右管后座量位移传感器、左管用弹量计数接近开关、右管用弹量计数接近开关、后座量超限声光报警器、免维护电瓶低电量声光报警、射角传感器、方位角度编码器、免维护电瓶相连，免维护电瓶与智能三段式充电器相连，指挥中心大方人影作业信息管理平台软件安装于计算机服务器内。

具体为:左管后座量位移传感器与左管后座量分划尺的游标相连，将左管后座量位移传感器、左管后座量分划尺固定于摇架左侧，左管后座量位移传感器的数据线通过左管后座量位移传感器护盖和左管后座量位移传感器压线板保护，左管后座量位移传感器的数据线与RTU相连；右管后座量位移传感器与右管后座量分划尺的游标相连，将右管后座量位移传感器、右管后座量分划尺固定于摇架右侧，右管后座量位移传感器的数据线通过右管后座量位移传感器护盖和右管后座量位移传感器压线板保护，右管后座量位移传感器的数据线与无线数据采集控制收发器RTU相连；左管用弹量计数接近开关与摇架左侧相连，左管用弹量计数接近开关的数据线通过左管用弹量计数器接近开关护盖和左管用弹量计数器压线板保护，左管用弹量计数接近开关的数据线与无线数据采集控制收发器RTU相连；右管用弹量计数接近开关与摇架右侧相连，右管用弹量计数接近开关的数据线通过右管用弹量计数器接近开关护盖和右管用弹量计数器压线板保护，右管用弹量计数接近开关的数据线与无线数据采集控制收发器RTU相连；身管射角传感器安装于摇架底部，身管射角传感器与摇架平行，身管射角传感器的数据线通过射角传感器压线板与无线数据采集控制收发器RTU相连；方位角度编码器与联接轴相连，联接轴和方向机齿轮箱方向轴相连，方向轴穿过炮盘，方位角度编码器护盖与方位角度编码器固定座相连，方位角度编码器的数据线与无线数据采集控制收发器RTU相连。无线数据采集控制收发器RTU、电源供电的免维护电瓶、智能三段式充电器、后座量超限声光报警器、低电量声光报警器安装于数据信息采集控制箱内。

工作原理如下：左右管用弹量计数接近开关与感应铁块对应间距不大于2mm，接近开关的数据线与无线数据采集控制收发器RTU相连，接近开关安装在高射炮摇架前部，直接感应炮尾的动作，高射炮发射一次，接近开关就产生一个脉冲信号，传送给无线数据采集控制收发器RTU，无线数据采集控制收发器RTU进行累计计数并等待服务器读取；后座量位移传感器与后座量分划尺的游标相连，位于高射炮摇架侧面内壁与后座量分划尺平行，位移传感器数据线和无线数据采集控制收发器RTU相连，高炮发射时，冲杆撞击分划尺游标，位移传感器把左右管后座分划尺游标的位移量变换成电量输入到RTU等待服务器读取；身管射角用的射角传感器安装于高射炮摇架底部，射角传感器的数据线和无线数 据采集控制收发器RTU相连，将摇架俯仰转动时的射角传感器采集角度数据输入到无线数据采集控制收发器RTU等待服务器读取；方位角度绝对值编码器安装于方向机齿轮箱的方向轴上，绝对值编码器的数据线和RTU相连，将炮盘转动时的角度值数据直接通过无线数据采集控制收发器RTU传送给服务器；无线数据采集控制收发器RTU与免维护电瓶相连；无线数据采集控制收发器RTU，通过配置软件设置数据采集模块相关参数，定义数据采集时间间隔。远程服务器端人影信息管理平台软件可以设置数据上传时间间隔和数据本地保存的时间间隔，并直接通过GPRS网络远程采集数据和进行控制。当后座分划尺的后座量超过180mm时，服务器自动向无线数据采集控制收发器RTU下传命令，使之产生声光报警信号，提示作业人员注意检修火炮机械故障；当电源电量低于标定电量时，服务器自动向RTU下传命令，使之产生声光报警信号，提示作业人员注意1小时内给电瓶充电。方位角度编码器没有自动寻北功能，所以在安装调试时要进行归零调试，调试完毕后终身使用。使用GPS-RTK定位仪标定方位，在地面上定标出正北线，调节炮身，使炮身与正北线平行，然后开机上电，进行编码器清零。系统在开机期间，直接与远程服务器建立通讯，定时读取火炮的作业数据信息。

本实用新型具有以下优点：

①各数据采集部分采用分体式，体积小，安装调试方便。

②所采集的数据信息全面，精度高，对整个高炮作业情况掌握比较详细。

③操控简单，在实现远程控制的同时实施了对高炮的监测，并避免了数据因为口头传输造成的错误。

④软体界面简洁，内容全面，并能准确记录作业时间，方便指挥中心调阅，对作业方案的快速调整十分有利。

⑤高炮作业异常时，系统会根据采集到的数据信息进行及时报警提醒，避免造成安全事故，提高了安全性。

⑥实验抽取采集数据与实测数据比较表

附图说明

图1为一种37mm高射炮作业数据信息采集装置方框图。

图2为一种37mm高射炮作业数据信息采集装置结构示意图。

图3为一种37mm高射炮作业数据信息采集装置安装位置示意图。

图4为一种37mm高射炮作业数据信息采集装置方位角传感器安装位置示意图。

其中：1－左管后座量位移传感器(GD19P55-50)、2－右管后座量位移传感器(GD19P55-50)、3－左管用弹量计数接近开关(GGM8-12GM-N1)、4－右管用弹量计数接近开关(GGM8-12GM-N1)、5－后座量超限声光报警器(LAS1-AGQ)、6－免维护电瓶低电量声光报警(LAS1-AGQ)、7－射角传感器(MVT726T)、8－方位角度编码器(GAX60R13/12E10LB)、9－智能三段式充电器(JFM1216-1)、10－免维护电瓶(SH7-12)、11－无线数据采集控制收发器RTU(WRC-626GPRS-RTU)、12－计算机服务器(X86服务器、Windows Server 2008以上操作系统)、13－大方人影信息管理平台软件(此软件为现有，该软件随州大方精密机电工程有限公司自主开发并已销售，与37mm高射炮作业数据信息采集装置配套管理软件)、14－数据信息采集控制箱(普通铁皮箱)、15－扭子开关(ZH-1321)、16－摇架左侧、17－摇架右侧、18－左管后座量位移传感器护盖、19－右管后座量位移传感器护盖、20－左管用弹量计数器接近开关护盖、21－右管用弹量计数器接近开关护盖、22－左管后座量位移传感器压线板、23－右管后座量位移传感器压线板、24－左管用弹量计数器压线板、25－右管用弹量计数器压线板、26－射角传感器 压线板、27－左管后座量分划尺、28－右管后座量分划尺、29－摇架、30－方位角度编码器护盖、31－联接轴、32－方位角度编码器固定座、33－炮盘、34－方向轴

注：标号16到34部件均为37mm高射炮已有零部件。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：一种37mm高射炮作业数据信息采集装置，由左管后座量位移传感器1、右管后座量位移传感器2、左管用弹量计数接近开关3、右管用弹量计数接近开关4、后座量超限声光报警器5、免维护电瓶低电量声光报警6、射角传感器7、方位角度编码器8、智能三段式充电器9、免维护电瓶10、无线数据采集控制收发器RTU11、计算机服务器12、大方人影信息管理平台软件13、无线数据采集控制箱14组成。

其特征在于：无线数据采集控制收发器RTU11分别与左管后座量位移传感器1、右管后座量位移传感器2、左管用弹量计数接近开关3、右管用弹量计数接近开关4、后座量超限声光报警器5、免维护电瓶低电量声光报警6、射角传感器7、方位角度编码器8、智能三段式充电器9、免维护电瓶10、计算机服务器12相连，左管后座量位移传感器1与左管后座量分划尺27的游标相连，将左管后座量位移传感器1、左管后座量分划尺27固定于摇架左侧16，左管后座量位移传感器1的数据线通过左管后座量位移传感器护盖18和左管后座量位移传感器压线板22保护，左管后座量位移传感器1的数据线与无线数据采集控制收发器RTU11相连；右管后座量位移传感器2与右管后座量分划尺28的游标相连，将右管后座量位移传感器2、右管后座量分划尺28固定于摇架右侧17，右管后座量位移传感器2的数据线通过右管后座量位移传感器护盖19和右管后座量位移传感器压线板23保护，右管后座量位移传感器2的数据线与无线数据采集控制收发器RTU11相连；左管用弹量计数接近开关3与摇架左侧16相连，左管用弹量计数接近开关3的数据线通过左管用弹量计数器接近开关护盖20和左管用弹量计数器压线板24保护，左管用弹量计数接近开关3的数据线与无线数据采集控制收发器RTU11相连；右管用弹量计数接近开关4与摇架右侧17相连，右管用弹量计数接近开关4的数据线通过右管用弹量计数器接近开关护盖21和右管 用弹量计数器压线板25保护，右管用弹量计数接近开关4的数据线与无线数据采集控制收发器RTU11相连；身管射角传感器7安装于摇架29底部，身管射角传感器7与摇架29平行，身管射角传感器7的数据线通过射角传感器压线板26与无线数据采集控制收发器RTU11相连。方位角度编码器8与联接轴31相连，联接轴31和方向机齿轮箱方向轴34相连，方向轴34穿过炮盘33，方位角度编码器护盖30与方位角度编码器固定座32相连，方位角度编码器8的数据线与无线数据采集控制收发器RTU11相连。

如图2和图3所示，后座量超程声光报警器5和免维护电瓶低电量报警器6的数据线都与无线数据采集控制收发器RTU11相连，免维护电瓶10和智能三段式充电器9与拨动开关15相连；无线数据采集与控制收发器RTU11、免维护电瓶10、智能三段式充电器9、后座量超程声光报警器5和免维护电瓶低电量报警器6安装在数据采集控制箱14内，数据采集控制箱14固定在炮盘33上。

如图1所示，指挥中心大方人影信息管理平台软件13安装于计算机服务器12中。

本实用新型的工作过程如下：

⑴安装调试时，使用GPS-RTK定位仪定位正北，在地上画出正北线，并使炮身与正北线平行,转动高低机，使射角分划尺指向“0”度，后座量标尺采用140mm检查尺校准，然后开机上电，进行编码器清零、射角清零和后座量校准。

⑵开机后无线数据采集控制收发器RTU上传注册码，与指挥中心的计算机服务器相连，连接成功后，服务器每隔10秒读取一次无线数据采集控制收发器RTU所采集到的数据信息(左右管用弹量、左右管后座量、射角、方位角、电池电量)，同时读取本机时间，作为作业时间点，分组显示。

⑶在指挥中心大方人影信息管理平台软件中集成有数据显示与上报、数据的保存功能。在软件的安装调试界面设有后座标尺的校准、位移传感器的校准、仰角与方位角的安装误差校准等。

⑷在一个开机周期内，如果服务器本次读取的值与上次读取的值相同，则不保存；不同，则保存。

⑸RTU与服务器通信采用Modbus协议，无线透传模式。无线数据采集控制收发器RTU通过配置软件设置数据采集模块相关参数，定义数据采集时间间隔、 数据上传时间间隔和数据本地保存的时间间隔。服务器可以直接通过GPRS网络远程采集数据和进行控制。

⑹左右管用弹量计数接近开关用来感应炮尾的动作，高射炮发射一次，接近开关就产生一个脉冲信号给无线数据采集控制收发器RTU脉冲输入端，RTU计数并保存在保持寄存器中等待服务器读取。

⑺左右管后座量位移传感器在安装调试时使用检查尺校准。高射炮发射时，炮尾冲杆撞击后座量标尺的游标，位移传感器产生移动，转换为电流信号，将数据输入到RTU的模拟量输入端，服务器直接读取。当后座分划尺的后座量超过180mm时，上位机自动向RTU下传命令，使之产生声光报警信号，提示作业人员需检修火炮机械故障。

⑻射角传感器将高射炮发射前后的角度值转换为电流信号传到RTU的模拟输入端，服务器直接读取。

⑼方位角编码器将高射炮发射前后方位角度值上传到RTU的数字输入端，服务器直接读取。

⑽免维护电瓶低电量检测，通过分压器连接到RTU的模拟输入端，服务器直接读取。

⑾后座量超限声光报警器和电瓶低电量声光报警器分别连接在无线数据采集控制收发器RTU的两个开关量输出端，服务器根据无线数据采集控制收发器RTU上传的数据判断是否输出报警信号，远程控制报警器。当后座量分划尺读数超过180mm,电瓶电量低于11.5V时，对应的报警器开始报警。

⑿智能三段式充电器连接扭子开关，与免维护电瓶的正负极直接相连，通过选择拨动开关实现免维护电瓶的上电、断电和充电。