【摘要】：目前,水下爆炸沖擊波測量均為通用測試方案,壓力傳感器通過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轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,最后將數(shù)字信號傳入PC進(jìn)行存儲和數(shù)據(jù)處理。專門針對水下爆炸信號特性,研究專用的小型化、智能化嵌入式水下爆炸沖擊波測試系統(tǒng)并不多見。在國防領(lǐng)域,尤其水中兵器與工事的研究,都需要測量沖擊波壓力信號的時程曲線。然而在水下進(jìn)行測量時,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)等方面的研究帶來極大的不便。因此,研究小型化專用化嵌入式水下爆炸沖擊波測試系統(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試系統(tǒng),搭建了整套軟硬件平臺,為水中兵器的威力測試提供了技術(shù)支持。首先,通過對爆炸沖擊波在水中作用機(jī)理和傳播過程進(jìn)行分析,分別給出了沖擊波階段和一次氣泡脈動階段壓力的數(shù)學(xué)模型,分析表明,沖擊波信號和一次脈動信號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,以滿足嵌入式系統(tǒng)很小的存儲資源和低功耗的要求。將離散化的壓力信號作為研究對象,通過內(nèi)插增加采樣率,抽取降低采樣率。對沖擊波階段的采樣使用L-上采樣,一次氣泡脈動階段使用M-下采樣,通過轉(zhuǎn)換函數(shù)H(n)實現(xiàn)嵌入式水下沖擊波測試系統(tǒng)變采樣策略。其次,對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。設(shè)計差分接口電路,采用AD8253使得放大電路模塊體積最小的情況下實現(xiàn)放大倍數(shù)可編程,直接驅(qū)動后級AD8275,將放大電路模塊輸出信號轉(zhuǎn)換到0至3.3V,并輸入到AD7612模數(shù)轉(zhuǎn)換器中,128Mbit的flash存儲器,滿足系統(tǒng)連續(xù)測量的要求,通過對整體結(jié)構(gòu)設(shè)計完成并實現(xiàn)了基于PVDF的水下爆炸沖擊波測試系統(tǒng)的硬件。通過對測試系統(tǒng)電路進(jìn)行標(biāo)定,得到電路系統(tǒng)靈敏度Kp=0.254mv/bit。通過數(shù)學(xué)分析,建立了系統(tǒng)采集的壓力信號與沖擊波壓力的轉(zhuǎn)換關(guān)系。最后,采用有限狀態(tài)機(jī)方法設(shè)計了沖擊波測試系統(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重構(gòu)方面的應(yīng)用。應(yīng)用Python語言實現(xiàn)上位機(jī)軟件。設(shè)計等效水靶艙加載裝置進(jìn)行試驗和仿真,分析了仿真與試驗的誤差原因。KD2004傳感器測試系統(tǒng)與PVDF嵌入式測試系統(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試系統(tǒng)所有工作可行,實現(xiàn)了從無到有的過程。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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炸藥在水下自由場中爆炸，距爆心ｌｍ處的壓力時

＇３逡逑圖２．７采樣策略ＭＡＴＬＡＢ仿真逡逑通過對圖２．７分析可知，通過該采樣策略得到的信號與原始輸入信號基本一致，對逡逑２５０ＫＨｚ和２０ＫＨｚ的采樣率策略能滿足高頻信號和低頻信號的還原，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頻率的兩倍以上，通過信號重構(gòu)方法，是可以將逡逑采樣信號恢復(fù)到原始信號接近水平。逡逑１５逡逑

監(jiān)控著直流過程所產(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，長時逡逑間曝露在升高的溫度下時，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間保持恒定，可將壓電薄膜退火至特定的工作溫度，以實現(xiàn)高溫應(yīng)用時逡逑的長期穩(wěn)定性。圖３．２（ｂ）給出了邋ＰＶＤＦ可逆溫度對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)】

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本文編號：2743174