多傳感器多通道測(cè)試分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

郭銳

【摘 要】為了能夠?qū)π畔⒌亩喙?jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的采集還有處理，我們?cè)O(shè)計(jì)了以DSP技術(shù)還有PCI總線技術(shù)作為基礎(chǔ)，完成多傳感器多通道動(dòng)態(tài)測(cè)試分析的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的主要硬件組成部分，是傳感器、數(shù)據(jù)采集卡還有計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，充分對(duì)它運(yùn)用時(shí)的實(shí)時(shí)性以及連續(xù)性進(jìn)行考慮，讓信號(hào)調(diào)理模塊能夠通用并且對(duì)實(shí)時(shí)處理傳感器的采集多達(dá)60多路信號(hào)。軟件的開發(fā)平臺(tái)是VC++，從而實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集、調(diào)理變換以及信息顯示等要求。這個(gè)系統(tǒng)本身具有著明顯的優(yōu)點(diǎn)：精確度高、性能可靠還有可擴(kuò)展性很強(qiáng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)在我國的航天測(cè)試領(lǐng)域當(dāng)中成功得到了應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】傳感器；動(dòng)態(tài)測(cè)試；多通道

0.前言

運(yùn)載火箭的整體性能還有能否發(fā)射成功，對(duì)其影響最大的就是運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的性能。對(duì)于我國當(dāng)前航天試驗(yàn)，特別是均是航天發(fā)射來說，最為迫切需要的就是準(zhǔn)確、快速還有可靠的測(cè)試方法以及相關(guān)的技術(shù)研究應(yīng)用。對(duì)于美國或者是俄羅斯這些航天大國來說，本身的運(yùn)載火箭測(cè)試自動(dòng)化程度已經(jīng)到了相當(dāng)發(fā)達(dá)的程度，已經(jīng)能夠完全靠著計(jì)算機(jī)的測(cè)試手段來對(duì)火箭上還有地面等設(shè)備信號(hào)進(jìn)行測(cè)試處理。我國的航天事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期階段，對(duì)于發(fā)射場(chǎng)也提出了更多的要求，如：遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)控、高效率以及高可靠性的對(duì)測(cè)試過程順利完成等更高的要求，但是以我國目前的實(shí)際情況來看，卻依然存在著以下的缺點(diǎn)：首先是對(duì)于火箭的測(cè)試發(fā)控系統(tǒng)信號(hào)分析處理，缺少了比較專業(yè)的處理功能；其次就是對(duì)于起飛點(diǎn)還有特征點(diǎn)的判斷，目前并不具備；最后是相關(guān)的配套軟件，本身的采樣速率比較低而且功能單一，本身沒有遠(yuǎn)程測(cè)試的功能。

本文主要是以運(yùn)載火箭的控制系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)作為主要的對(duì)象，因?yàn)樗旧砭哂兄鄻有浴?fù)雜性還有特殊性這些特點(diǎn)，以這些特點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程控制、多路并行而且能夠?qū)崟r(shí)測(cè)試的動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)火箭上還有地面的設(shè)備工作狀態(tài)信息60多路的實(shí)時(shí)采集、傳輸還有分析處理的功能，而且還能對(duì)這些信息進(jìn)行記錄儲(chǔ)存。這個(gè)系統(tǒng)，最為突出的地方就是對(duì)運(yùn)載火箭的控制系統(tǒng)信息檢測(cè)還有故障檢測(cè)，能夠充分的利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有現(xiàn)代電子測(cè)試技術(shù)，這樣的好處就是對(duì)于運(yùn)載火箭本身的信息能夠更好更及時(shí)的做到采集還有分析處理，最大程度上提高運(yùn)載火箭發(fā)射的安全性還有可靠性，對(duì)于我國的航天事業(yè)來說這個(gè)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用意義以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.系統(tǒng)組成

多傳感器多通道動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)，它不但需要對(duì)60多路的信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的采集以及檢測(cè)處理，還需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸以及對(duì)信號(hào)的連續(xù)性跟蹤，在完成了采集數(shù)據(jù)的程序之后還需要依照該信息進(jìn)行分析處理以及再現(xiàn)、高速大容量數(shù)據(jù)的傳送還有儲(chǔ)存的功能。在進(jìn)行該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要的內(nèi)容是包括了以下的四個(gè)方面：（1）能夠在短時(shí)間之內(nèi)準(zhǔn)確的完成大量的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及儲(chǔ)存；（2）對(duì)于多路復(fù)雜信號(hào)的調(diào)理變換，能夠快速而且精準(zhǔn)；（3）及時(shí)的顯示還有處理多路測(cè)試的信息；（4）這個(gè)系統(tǒng)要求要本身的可靠性高、還有很強(qiáng)的可維護(hù)性以及擴(kuò)展兼容性。

火箭上面的信號(hào)在被傳感器感應(yīng)了之后就送到了信號(hào)調(diào)理模塊當(dāng)中，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行幅度轉(zhuǎn)換還有阻抗匹配等相關(guān)的工作，通過這些工作將傳感器所輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到采集卡的量程范圍之內(nèi)。要對(duì)信號(hào)的采集還有緩存完美的實(shí)現(xiàn)，需要用到數(shù)據(jù)采集模塊，而最后的計(jì)算機(jī)則是完成測(cè)試過程當(dāng)中的控制還有數(shù)據(jù)處理等相關(guān)的工作。

2.多傳感器多通道測(cè)試分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)本身主要是由前端裝置還有后端裝置這兩個(gè)部分組成的，前端裝置的組成零件如下：傳感器、電壓隔離調(diào)整機(jī)箱還有采集計(jì)算機(jī)等；而后端裝置的組成零件如下：控制計(jì)算機(jī)、回顯計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等。前端裝置以及后端裝置之間是通過光纜進(jìn)行連接的。

在前端當(dāng)中的傳感器還有電壓隔離，調(diào)整機(jī)箱在接收到被測(cè)信號(hào)之后，就送入了A/D卡的輸入端，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集還有處理工作主要是采集機(jī)，并把轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信息，通過光纜的手段，實(shí)時(shí)的傳送到后端裝置當(dāng)中。后端裝置包括了一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)還有數(shù)據(jù)回顯計(jì)算機(jī)，這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的主要作用是讓整個(gè)系統(tǒng)本身進(jìn)行控制還有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示得以實(shí)現(xiàn)。

2.2系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)本身硬件的組成包括了以下幾個(gè)方面：傳感器、電壓隔離調(diào)整機(jī)箱、數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、采集還有控制以及回顯計(jì)算機(jī)等。

傳感器是根據(jù)火箭上還有地面的等待測(cè)試的信號(hào)類型，將其分為不同的種類。總共有60多只，這種數(shù)量是和等待測(cè)試的信號(hào)通道數(shù)量一樣的，主要的作用還是針對(duì)敏感的待測(cè)信號(hào)，還有就是將非電量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變成模擬電壓或者是電流信號(hào)。

在該系統(tǒng)當(dāng)中，電壓隔離調(diào)整機(jī)箱相當(dāng)重要的組成部分，主要的作用就是對(duì)多通道的輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，使它們能夠互不干擾并且還需要完成被測(cè)信號(hào)本身的幅度轉(zhuǎn)換還有抗阻匹配等相關(guān)工作，然后把來自于傳感器的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，將其調(diào)整到采集卡能夠接收大量程范圍之內(nèi)，然后送到數(shù)據(jù)采集模塊當(dāng)中。

在數(shù)據(jù)采集模塊當(dāng)中，主要包括了兩個(gè)12位的32通道PCI總線A/D轉(zhuǎn)換卡，這個(gè)轉(zhuǎn)換卡能夠給64路單端/32路差動(dòng)提供模擬輸入通道，對(duì)于該模塊本身最主要的功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)本身的采集還有緩存，系統(tǒng)總線將采集到的數(shù)據(jù)讀到了計(jì)算機(jī)的內(nèi)容當(dāng)中并且儲(chǔ)存到硬盤里面，最后是由系統(tǒng)的應(yīng)用軟件將所有的后續(xù)工作的。網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備，和光纜緊密的聯(lián)系到了一起，想要完成測(cè)試數(shù)據(jù)、控制命令遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?，都需要通過這個(gè)來實(shí)現(xiàn)，在最大程度上將遠(yuǎn)程測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)。

采集、控制還有回顯計(jì)算機(jī)，它們的主要作用就是完成對(duì)整個(gè)測(cè)試過程當(dāng)中控制、起動(dòng)采集還有數(shù)據(jù)顯示、傳送以及儲(chǔ)蓄等功能。在采集機(jī)當(dāng)中，有安裝數(shù)據(jù)采集卡，這樣能夠更好的完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，對(duì)于采集機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回收，就是控制機(jī)還有回顯機(jī)的功能。一般情況下，控制機(jī)的主要作用就是啟動(dòng)或者是停止遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的過程，然后把這些數(shù)據(jù)及時(shí)的顯示出來，回顯機(jī)的主要作用還是在于數(shù)據(jù)回訪，這樣能夠更加仔細(xì)的對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查?？刂茩C(jī)、采集機(jī)還有回顯機(jī)在進(jìn)行聯(lián)機(jī)之后，它們的啟動(dòng)還有停止都是控制機(jī)來進(jìn)行統(tǒng)一的操作、同步。

多傳感器多通道動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)的出現(xiàn)，將傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中存在的不足完全彌補(bǔ)，讓我國的運(yùn)載火箭測(cè)試系統(tǒng)初步的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化還有通用化。它本身也具有廣闊的應(yīng)用前景，被越來越多領(lǐng)域的專業(yè)人士所關(guān)注，必然會(huì)帶動(dòng)我國各領(lǐng)域之間的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔琰，龍志斌.分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)在航天發(fā)射場(chǎng)信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2006，（2）.

[2]孫友.種通用的信號(hào)調(diào)理板卡的設(shè)計(jì)[J].航天控制，2006，（1）.

[3]姚靜波，辛朝軍.多傳感器多通道測(cè)試分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].第六屆全國爆炸力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)議論文集.