FPGA冲击波超压存储测试装置设计+PCB电路图(2)

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4 测试装置的调试与分析 26

4.1 调理电路的仿真 26

4.2 FPGA的仿真 28

4.3 测试装置的实验验证 30

结论 33

致谢 34

参考文献 35

附录A 总体原理图 36

附录B 总体PCB图 37

1 引言

1.1 课题研究背景及意义

在以激光制导炸弹以及燃料空气炸弹为代表的各种航空炸弹、火箭弹等武器的现场爆炸威力评测中，冲击波超压是必测的一个项目。为了解冲击波作用的完整过程，目前常用的测试方法有：等效压力罐法、等效靶板法、生物试验法、光电测试法、引线电测法、存储测试法等。

引线测试法是将压力传感器放置于爆炸现场中，而将前置适配器、瞬态信号记录仪或计算机等记录仪器放置于远离现场的安全掩体内。冲击波信号作用于压力传感器后，产生的电信号通过上百米的导线传送到位于掩体内的采集设备中，先经过适配器的调理放大，然后由瞬态记录仪采集并存储数据，最后通过计算机对数据进行处理与分析。由于每次需测试的点较多，因此常常测试现场导线纵横交错，放线、收线、查线都需要花费大量的时间。图1.1为某次冲击波超压测试现场图。

测试现场纵横交错的信号线

图1.1 测试现场纵横交错的信号线

由于这种方法信号通过长电缆连接，所以有以下几个不足之处[1]：

1、由于需要用低噪声长电缆连接压力传感器与测试仪器并传输模拟信号，所以冲击波作用于信号传输电缆会有“电缆效应”并产生虚假信号，造成对所传输信号的干扰。

2、测试设备很多，成本高，体积大，可移动性差，现场布设非常不方便，稳定性与抗电磁干扰差。

3、各个仪器的标定比较繁，需要分别进行校准，并且整个现场测试系统的安装和调试都很繁琐。

4、若采用内触发方式很容易导致误触发。由于现场测试有很大的噪声，电测法无法有效的隔离噪声的干扰，导致系统常常误触发。

存储测试装置具有很高的集成度，它是一个微型测试系统，压力传感器、A/D模数转换电路、存储器、逻辑控制电路及电源被集成在一起。现场测试中，它将被提前放在被测环境中，结束后将其回收，通过通信模块读取存储在存储器中的数据，由于它不需要长信号传输电缆，并且功耗低，体积小，抗外界干扰能力强[2]，恶劣环境适应能力强，同时校准和标定方法简单方便，因此冲击波存储测试装置的研制具有很好的应用前景。

1.2 冲击波信号的特点

炸药在大气中爆炸时，会在极短的时间内产生高压、高温火球,此火球由爆炸产物组成并且急剧、迅速的朝周围空间膨胀,形成了极强的超压冲击波。在这个移动的波阵面到达之前是静止的空气,当波阵面到达该地时,空气压力将瞬时升高并且远远超过大气压力,故称为超压,超压的最大值取决于爆炸威力和距爆心的距离；在波阵面后方是沿着冲击波前进方向快速流动着的空气团即阵风,它对障碍物产生的压力被称为动压[3]。爆炸冲击波的毁伤效果的程度主要取决于冲击波超压、动压峰值及其作用时间。一般情况下,以冲击波超压为主。