面向密闭空间的嵌入式微型冲击波测试系统设计

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本课题来源于建筑物内爆冲击波测试项目,为建筑物内部冲击波毁伤威力评估提供测试能力保障。本文首先分析了密闭空间中爆炸冲击波的传播规律,通过查阅大量国内外文献及相似环境测试经验,明确了当前面向自由空间的冲击波测试系统并不适合在密闭空间中进行冲击波超压测试的问题,针对密闭空间中冲击波的传播特征研制了一种专用微型冲击波测试系统。密闭空间中冲击波测试具有强毁伤的特征,为减小记录仪体积,采用MCU和CPLD的组合控制器方案,由MCU负责流程控制,CPLD负责逻辑控制。同时,采用组合控制器的方式还可以大大降低记录仪功耗,减小对电池容量的依赖,进一步缩减记录仪体积,降低其在爆炸场中被击中的概率。MCU负责整个系统的工作流程控制,包括完成上电初始化、工作参数设定、状态监测与转换、存储数据上传、USB通信控制等功能,CPLD负责产生数据采集和存储的工作时序、触发条件判读以及负延时控制等功能。基于Qt平台开发了上位机软件负责数据的回收和分析处理,为提高测试系统的通用性,可通过上位机软件编程设定记录仪的多项工作参数。针对微体积和可靠性要求,采用非易失性铁电存储器,确保数据掉电不会丢失并实现高速存储,其低工作电流也进一步缩减电池容量及体积;针对传感器输出的高直流偏置问题,采用直流耦合方式消除该偏置,拓展了记录仪的带宽特性。在密闭空间测试中,采用多点分布测试方法同时记录多个数据,事后在上位机进行数据分析和处理。在实验室环境下对整个测试系统进行了调试和各项指标测试,成功验证了各个模块功能,并在实际外场试验中进行了密闭剪力墙的冲击波测试试验。试验结果表明,整个测试系统达到了设计指标要求,可为多种密闭空间下的冲击波测试提供可靠的技术手段。
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