【摘要】：目前,水下爆炸沖擊波測(cè)量均為通用測(cè)試方案,壓力傳感器通過(guò)屏蔽線接入多通道通用放大器,放大器再與采集卡連接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),最后將數(shù)字信號(hào)傳入PC進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。專(zhuān)門(mén)針對(duì)水下爆炸信號(hào)特性,研究專(zhuān)用的小型化、智能化嵌入式水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng)并不多見(jiàn)。在國(guó)防領(lǐng)域,尤其水中兵器與工事的研究,都需要測(cè)量沖擊波壓力信號(hào)的時(shí)程曲線。然而在水下進(jìn)行測(cè)量時(shí),設(shè)備的準(zhǔn)備與安裝難度要大于地面,這給水中兵器以及艦船防護(hù)等方面的研究帶來(lái)極大的不便。因此,研究小型化專(zhuān)用化嵌入式水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng)非常必要。本文提出了一種基于PVDF的嵌入式水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng),搭建了整套軟硬件平臺(tái),為水中兵器的威力測(cè)試提供了技術(shù)支持。首先,通過(guò)對(duì)爆炸沖擊波在水中作用機(jī)理和傳播過(guò)程進(jìn)行分析,分別給出了沖擊波階段和一次氣泡脈動(dòng)階段壓力的數(shù)學(xué)模型,分析表明,沖擊波信號(hào)和一次脈動(dòng)信號(hào)壓力變化特性有很大不同,前者頻率高變化快,后者頻率低變化緩慢,因此需采用不同的采樣速度,以滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)很小的存儲(chǔ)資源和低功耗的要求。將離散化的壓力信號(hào)作為研究對(duì)象,通過(guò)內(nèi)插增加采樣率,抽取降低采樣率。對(duì)沖擊波階段的采樣使用L-上采樣,一次氣泡脈動(dòng)階段使用M-下采樣,通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)H(n)實(shí)現(xiàn)嵌入式水下沖擊波測(cè)試系統(tǒng)變采樣策略。其次,對(duì)PVDF壓電薄膜材料物理、機(jī)械、電學(xué)特性進(jìn)行了分析,建立了 PVDF電路等效模型,確定采用電流模式獲取壓電信號(hào)。設(shè)計(jì)差分接口電路,采用AD8253使得放大電路模塊體積最小的情況下實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)可編程,直接驅(qū)動(dòng)后級(jí)AD8275,將放大電路模塊輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換到0至3.3V,并輸入到AD7612模數(shù)轉(zhuǎn)換器中,128Mbit的flash存儲(chǔ)器,滿(mǎn)足系統(tǒng)連續(xù)測(cè)量的要求,通過(guò)對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成并實(shí)現(xiàn)了基于PVDF的水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng)的硬件。通過(guò)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)電路進(jìn)行標(biāo)定,得到電路系統(tǒng)靈敏度Kp=0.254mv/bit。通過(guò)數(shù)學(xué)分析,建立了系統(tǒng)采集的壓力信號(hào)與沖擊波壓力的轉(zhuǎn)換關(guān)系。最后,采用有限狀態(tài)機(jī)方法設(shè)計(jì)了沖擊波測(cè)試系統(tǒng)控制狀態(tài),并分析了三次樣條插值法在沖擊波局部超壓信號(hào)重構(gòu)方面的應(yīng)用。應(yīng)用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件。設(shè)計(jì)等效水靶艙加載裝置進(jìn)行試驗(yàn)和仿真,分析了仿真與試驗(yàn)的誤差原因。KD2004傳感器測(cè)試系統(tǒng)與PVDF嵌入式測(cè)試系統(tǒng)結(jié)果較為接近,波形一致性較好,表明本文基于PVDF的嵌入式水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng)所有工作可行,實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TJ6
【圖文】：

統(tǒng)分析間，Ｐｍ為峰值壓力。逡逑藥而言，峰值壓力＾與裝藥量ｍｅ和爆距ｒ有關(guān)【５９］：逡逑？／３Ｖ１３逡逑Ｐｍ邋＝邋５３．３１—＾－１邋ＭＰａ／ｍｉ／３＼－°－２３逡逑０邋＝邋９６．５邋ｘ邋ｌ0－３ｍｙ３１邋—ｍｓ是ｋｇ，ｒ的單位是ｍ。逡逑Ｔ炸藥在水下自由場(chǎng)中爆炸，距爆心ｌｍ處的壓力時(shí)

＇３逡逑圖２．７采樣策略ＭＡＴＬＡＢ仿真逡逑通過(guò)對(duì)圖２．７分析可知，通過(guò)該采樣策略得到的信號(hào)與原始輸入信號(hào)基本一致，對(duì)逡逑２５０ＫＨｚ和２０ＫＨｚ的采樣率策略能滿(mǎn)足高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的還原，雖然曲線光滑度有逡逑所下降，但系統(tǒng)能保證采樣率大于信號(hào)頻率的兩倍以上，通過(guò)信號(hào)重構(gòu)方法，是可以將逡逑采樣信號(hào)恢復(fù)到原始信號(hào)接近水平。逡逑１５逡逑

監(jiān)控著直流過(guò)程所產(chǎn)生的執(zhí)行結(jié)果的變化。逡逑此外ＰＶＤＦ壓電薄膜的很多特性都是隨著激勵(lì)頻率和溫度改變而變化的，這種特性逡逑隨頻率或溫度的變化是可逆的和可重復(fù)的。從圖３．２（ａ）中可以知道在７０°Ｃ退火后，長(zhǎng)時(shí)逡逑間曝露在升高的溫度下時(shí)，ＰＶＤＦ的壓電應(yīng)變常數(shù)ｒｆ３３永久性衰變。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定溫度之后，逡逑材料特性就隨時(shí)間保持恒定，可將壓電薄膜退火至特定的工作溫度，以實(shí)現(xiàn)高溫應(yīng)用時(shí)逡逑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。圖３．２（ｂ）給出了邋ＰＶＤＦ可逆溫度對(duì)ｄ３３和仍３系數(shù)的影響。在圖３．２（ｃ）和圖逡逑３．２（ｄ）中，給出了壓電薄膜的溫度對(duì)其介電常數(shù)和耗散因數(shù)（ｔａｎ５ｅ）的影響。在逡逑非常低的溫度下，壓電薄膜已表現(xiàn)出極佳的傳感器特性。逡逑＾少：邐邐邐邐邐？丨：邐３０逡逑？邐Ｐ邋ｄ３３逡逑８０邐，邐—－－…邐９３３；逡逑ｎ邋６０邐邋邋２０逡逑Ｓ邐一邋７０．ｃ邐只逡逑５？邋４０邐：邋‘８0ｒ邋．邐＾逡逑＿ｉｏｏｒ＾邐１0逡逑２０逡逑00邋２０００邐４０００邋６０００邋８０００邋１００００邐－８０邐－６０邐－４０邐－

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 閆瀟敏;李芝絨;陳君;翟紅波;張玉磊;;PVDF傳感器在水中爆炸弱壓力信號(hào)測(cè)量中的應(yīng)用[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年08期

2 郭銳;;數(shù)�；旌想娐返腜CB抗干擾設(shè)計(jì)[J];機(jī)電信息;2015年18期

3 林一蘇;;對(duì)數(shù)字電路抗干擾設(shè)計(jì)的研究與分析[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2015年01期

4 項(xiàng)大林;榮吉利;何軒;胡長(zhǎng)華;李健;張偉;任鵬;;等效水下爆炸沖擊加載裝置的設(shè)計(jì)研究[J];兵工學(xué)報(bào);2014年06期

5 張姝紅;周華;權(quán)琳;金輝;;水下爆炸氣泡脈動(dòng)試驗(yàn)研究[J];爆破;2014年01期

6 王蓬鵬;;分布式測(cè)試系統(tǒng)在水中爆炸中的應(yīng)用[J];河南科技;2013年14期

7 徐浩;芮筱亭;于海龍;馮賓賓;王燕;;彈底發(fā)射裝藥擠壓應(yīng)力測(cè)試的PVDF傳感器研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2013年05期

8 錢(qián)志鴻;王義君;;面向物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年01期

9 王冬星;程書(shū)偉;張麗華;;基于ARM的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2012年12期

10 劉翠丹;明付仁;叢剛;王超;;基于SPH方法的淺水爆炸研究[J];艦船科學(xué)技術(shù);2012年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 李焰;斐明敬;王占江;胡華權(quán);陳立強(qiáng);李捷;董永峰;;微型炸藥球水中爆炸沖擊波壓力波形測(cè)試和研究[A];第三屆全國(guó)爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 吳良科;PVDF-HFP復(fù)合材料壓電性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 范志強(qiáng);PVDF壓力測(cè)量特性與水下爆炸近場(chǎng)多孔金屬夾芯板動(dòng)力響應(yīng)的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

3 匡錫文;PVDF基介電復(fù)合膜的研究[D];北京化工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 劉豪華;PVDF薄膜的多物理耦合場(chǎng)研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 胡宇;錳銅壓阻式水下爆炸近場(chǎng)超壓測(cè)試方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 楊一方;水下爆炸沖擊載荷等效加載方法研究[D];南京理工大學(xué);2015年

4 王亮;基于DSP+ARM的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2013年

5 閆偉杰;水下爆炸數(shù)值模擬研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2743174