（1）、通过对常用触发办法的剖析并结合实验现场的环境，终极决定选择相应韶光短的断线触发。
（2）、实验的测试流程哀求被测试弹摆放好往后，才可以支配触发线，此时只许可布线人员在现场，其他职员哀求撤离到掩体，在此期间操作职员可以通过无线的办法对其进行配置、状态监测等操作。终极选择低功耗、组网数量大的Zig Bee无线技能。
（3）、存储是测试系统的主要部分，因此本测试系统选择了两片430单片机和一片CPLD作为紧张芯片，一片430分配到仿照板，用来掌握电源、上位机通信、数字板通信等功能，另一片430和CPLD分配到数字板，430紧张和仿照板通信，以及掌握CPLD的采样状态，CPLD则掌握数据的存储时序。选择外置FIFO芯片，增大了数据缓存量，提高了数据的存储效率。
（4）、战斗部爆炸时会产生破片、强电磁场等。针对这些成分，设计了长、宽30厘米的钢板传感器安装座，试验时将该钢板放置到测试装置上部，起到了对测试装置的防护浸染；测试装置内置在金属材质的防护壳体内，既起到了保护浸染也起到了屏蔽的浸染；其余内部电路采取光耦隔离和电源隔离芯片，也起到了抗滋扰的浸染；实际测试时，涂抹高温硅脂进行高温的防护。
经由以上剖析，终极制订了基于断线触发的冲击波超压存储测试系统的硬件设计方案。
1.2测试系统的硬件组成
本测试系统包括断线触发模块、无线模块、电源管理模块、电路适配器模块、存储采集模块、中央节点模块、上位机读数软件、装置壳体以及传感器等部分组成，个中电源管理模块除了掌握对各模块的供电以外还起到了无线通信以及与存储模块通信的浸染。测试系统的整体框图如图1.1所示。
图1.1系统整体框图
本系统的功能流程为：装置上电后，电源管理模块首先给各个模块供电；然后由操作职员给测试装置配置装置号，启动进入待触发状态；当测试装置吸收到来自触发模块的触发旗子暗记后，进入触发状态，对经电路适配模块传来的旗子暗记进行采集存储；在数据采集存储期间，无线模块会停滞供电；采集结束后，操作职员由上位机对数据进行读取。
二、传感器模块2.1传感器的选择
传感器是决定冲击波超压测试结果的直接成分，传感器性能的好坏将直接影响测试系统采集存储的旗子暗记的好坏，因此传感器的选择尤其主要。
常日情形下，冲击波超压测试系统运用的传感器应知足以下几个哀求：由于冲击波产生的压力是瞬态变革的，哀求传感器的频率相应只管即便高；爆炸产生的高温、强光以及电磁等对传感器影响较大，哀求传感器对这些物理量不敏感；由于压力传感器的敏感部件输出旗子暗记常日为较小的电压或者电流旗子暗记，哀求传感器的输入与输出有很好的线性关系和较大的增益；末了哀求传感器的量程要与测试点的超压峰值匹配，常日情形下，测试点的超压峰值为传感器量程的三分之二或者三分之一。
常用的测压传感器有压阻式、压电式传感器，而压阻式传感器随意马虎受到爆炸产生的高温和强光的影响而产生飘移，因此在冲击波测试中利用较少。美国PCB公司一贯专注于压电丈量技能的研究，该公司生产的ICP传感器以内置电荷放大电路、频率相应高、量程大、抗滋扰能力强等特点而成为冲击波测试中传感器的首选。
因此本系统选择了113B27、113B21以及113A26系列的传感器。113B27系列实物图如图1.2所示。
图1.2113B27传感器实物图
113B27传感器的性能指标如表1.1所示。
表1.1113B27传感器性能指标
2.2ICP传感器调理电路
ICP传感器是一种利用当代集成电路技能，将电荷放大器与压电传感器集成到一起的传感器，由于内置电荷放大器，因此须要外接电源为其供电。
常日ICP传感器外部调理电路须要20~30V的稳压源供应电压，确保正常事情；2~20毫安的恒流源为其供应驱动电流，电流越大，旗子暗记传输间隔越远。ICP传感器的调理电路事理图如图1.3所示。
图1.3ICP传感器调理电路
在电源管理模块中，利用B0524LS电源隔离芯片供应电源，实际测得输出为25V。该芯片对ICP传感器供应25V的电源；恒流二极管的电流大小决定ICP传感器旗子暗记线的是非，电流越大，旗子暗记线越长。本系统的传感器旗子暗记线的长度为1米，因此选择的恒流二极管型号是2DH13B，该恒流管的稳定电流3毫安，足以知足测试哀求。
该电路中利用电阻R12、恒流二极管D2以及24V电源三者共同构成电压为25V、输出电流为3毫安的电源为ICP传感器供电。
（1.1）
式中，V为电阻的分压值；I为恒流管的恒定电流；R为电阻的阻值。将以上数值带入公式1.1可以得出阻值为8.3KΩ，然而实际中没有该阻值的电阻，因此选择10KΩ的电阻。由于测试旗子暗记不能存有传感器输出的直流分量，因此在后面添加了隔直电容。
三、电路适配模块ICP传感器的满量程输出为5V，并且AD采样芯片选用的是AD7492，采样的最大电压为2.5V，因此须要对传感器的旗子暗记进行调理，将其满量程调度为2.5V；由于冲击波的完全旗子暗记会存在负压的部分，不将基线上调，无法显示冲击波的负压；冲击波对周围介质的挤压会导致传感器以及旗子暗记线的震撼产生噪声，进而导致输入AD芯片的旗子暗记存在噪声，因此须要对该旗子暗记进行滤波处理，才能够输入到AD芯片。
3.1旗子暗记调度电路
本系统旗子暗记调度电路的浸染是将传感器的旗子暗记调度为原来的二分之一，并对采集系统的基线进行上调。由于负向压力值一样平常较小，此处将基线调度为近似满量程的十分之一，对付测试负向压力足以知足哀求。旗子暗记调度电路的事理图如图1.4所示。
图1.4旗子暗记调度电路
该电路将两片OPA2340运算放大器分别以电压跟随的办法进行连接，由于运算放大器的存在，使得电压跟随电路的输入阻抗极大乃至能达到兆级欧姆；而输出阻抗较小，输出电阻为几欧姆乃至更低，从而担保了旗子暗记输入输出的完全性；同时还提高了电路带负载的能力。输出与输入的放大倍数Au打算公式如下。
（1.2）
式中，Uo输出电压；Ui输入电压；Rf反馈电阻；R输入电阻。将基线调度为满量程的十分之一0.25V，能够知足哀求。基线OFFSET1的调度由图1.4中的R21和R22电阻分压所产生，鉴于电阻自身的特性以及实际电阻并不存在所
需阻值的情形，因此选择10kΩ和1kΩ的电阻，并设计了以上电路，此处罚压近似即是0.25V。打算公式如下。
（1.3）
传感器旗子暗记的缩小由电阻R15和R13的分压实现。由图可得出如下关系式。
（1.4）
（1.5）
此电路将输出旗子暗记调度为输入旗子暗记的二分之一，并且针对负压的征象，对旗子暗记基线进行了调度，大概为0.25V。该电路知足AD芯片的最大采样电压以及负压旗子暗记的采集哀求。
3.2旗子暗记滤波电路
冲击波测试时，由于炸弹爆炸会导致传感器震撼，以及外界环境对传感器的滋扰，终极导致其输出旗子暗记带有高频噪声，对后续的事情造成影响；然而如果对旗子暗记处理不当，数字电路采集到的旗子暗记会存在旗子暗记混叠问题，因此针对传感器的谐振震荡问题须要进行仿照滤波器设计。
实际冲击波的上升沿旗子暗记能够达到ns级，然而现有传感器无法达到如此高的相应频率，本系统选用的ICP传感器的谐振频率达到了500KHz。根据以往测试履历，冲击波旗子暗记的最高频率能够达到100kHz旁边乃至更高，本系统的采样频率为1兆，根据奈奎斯特的采样定律fs>2·fmax，该采样频率足以担保旗子暗记不失落真。
在冲击波测试时，常日会引入频率更高的旗子暗记噪声，因此须要选择得当的截止频率将其滤除。由1兆的采样频率反向推算，输入旗子暗记的最大频率为500kHz才能够担保采集到的旗子暗记不会失落真，然而在实际的工程运用中，受到各种成分的影响达不到空想的情形，因此哀求采样频率为被采集旗子暗记最大频率的五到十倍，截止频率选择200KHz既能够担保旗子暗记的不失落真，也能够滤除高频噪声。
其余仿照滤波器分为两大类：无源滤波器和有源滤波器，而无源滤波器的截止频率随意马虎受到负载的影响，在冲击波测试时不适用。终极滤波器的设计应该遵照：截止频率应该尽可能高；当传感器的谐振频率较低时，可以增加滤波器的阶数。本系统采取的是压控电压源二阶低通滤波器，截止频率为200KHz。电路图如图1.5所示。
图1.5二阶低通有源滤波器
该电路的旗子暗记截止频率f0打算公式如下。
（1.6）
将R=R31=R32=5.1k，C=C28=C29=150pF带入公式1.6得出截止频率为200kHz。
对该滤波电路进行了功能仿真，当施加频率小于200kHz的正弦波时，旗子暗记的频率基本不变；同时对该电路输出的旗子暗记进行波特图剖析，创造在200kHz之前的衰减为零，大于200kHz往后，旗子暗记涌现衰减，在旗子暗记衰减3dB处，截止频率略大于200kHz。
因此得出结论，该滤波电路符合设计哀求。对该电路进行功能仿真的结果如图1.6所示，图a为输入200kHz正弦旗子暗记的结果，图b为波特图结果。
图1.6仿真结果图
四、触发与通信模块本系统触发办法选择的是断线触发，通信办法为Zig Bee无线通信技能，这两者由于安装在装置外部，随意马虎引进滋扰，成为了不稳定成分。因此，须要对该部分进行隔离处理，本处利用了光耦芯片将外部与系统进行隔离。
光耦的相应韶光也是一个主要影响成分，本系统选的是HCPL2632芯片，对该芯片实际进行了相应韶光的验证实验，结果如图1.7所示。
图1.7光耦相应韶光曲线
从图中结果可知，上升沿的韶光大概为32ns，该相应韶光极快，对触发相应影响极小，能够知足快速相应触发旗子暗记的哀求。并且该芯片的电源为隔离后的电压，再加上本身具有的光电隔离性能，起到了很好的抗滋扰浸染。电路事理如图1.8所示，本文第五文针对这两个模块分别作了触发同一时候验证明验以及丢包率测尝尝验，进一步验证了两者的可行性。
图1.8光电隔离电路
五、存储模块本系统的存储模块选择了AD转换芯片、CPLD芯片以、FIFO缓存芯片、两片Flash存储芯片以及430芯片。数字板不仅须要掌握数据的采集、存储时序，还兼备通信的功能，因此选择了CPLD和430芯片，为了防止数据因存储较快而出错，选择了外部FIFO对数据进行缓存。存储模块框图如图1.9所示。
图1.9存储模块框图
5.1AD转换
AD芯片的任务是将仿照旗子暗记转化为数字旗子暗记，在模数转化的过程中为了防止涌现旗子暗记失落真的情形，选择性能较好的AD转换芯片对冲击波测试尤为主要。冲击波旗子暗记属于窄脉冲旗子暗记，浸染韶光很短，大概在ms级，根据采样定律可知AD转换芯片的速率应在us级。
本系统选择的AD芯片为AD7492，该芯片采集速率快、功耗低。下面为该芯片的性能参数。
分辨率：12bit
采样速率：1Msps
参考输入电压：2.5V
信噪比：70dB
总谐波失落真：-75dB
直流泄露电流：±1uA
事情状态：就寝、采集状态
该芯片的各项性能参数能够知足测试哀求，因此只须要知足AD芯片的时序哀求即可。该芯片的模数转换时序图如图1.10所示。
图1.10AD转换时序图
由图可知CONVST存在低电压保持韶光t1；BUSY置高的开始韶光为t2；在转换开始和转换完成花费的韶光为tconvert；在转换完成后和下一次开始转换之前，须要将转换结果存放到输出寄存器，此过程花费的韶光为t9。查阅芯片手册可知：t1最小为10ns，t2最大为10ns，tconvert最大为880ns，t9最小为120ns。因此在设计CPLD的时序掌握程序时，须要把稳以上韶光，只有知足韶光哀求才能担保AD芯片正常转换。
对该段程序进行了时序仿真，仿真结果如图1.11所示，由图可知，时序知足芯片哀求，且能够正常转换。
图1.11AD时序仿真
5.2Flash存储
冲击波测试属于恶劣环境测试，对芯片的性能哀求较高。由于采样速率快，哀求存储芯片有较快的写入速率；实际测试时，可能会永劫光待机，因此还哀求芯片低功耗。
综合考虑后，本系统选择的是三星公司的NANDFlash存储器—K9K8G08U0A-F。该存储器的事情电压范例值为3.3V；数据写入时电流范例值为20mA；数据擦除韶光为1.5ms，数据写入的页编程韶光为200us;它的事情温度范围为-65—125℃；而且芯片掉电后数据不会擦除，能够保存十年之久，针对电池受到冲击而发生短暂掉电的情形，该芯片能够供应可靠的保障。
本系统选择了两片Flash存储芯片，采取“乒乓存储”的方法对数据进行存储。当对个中一片Flash写入数据时，系统同时对另一片Flash进行擦除、页编程操作，这样节省了单片存储芯片进行擦除、页编程所花费的韶光。“乒乓存储”流程如图1.12所示。
图1.12“乒乓存储”
5.3主控芯片
本系统存储模块中的主控芯片选择的是MSP430FG4618单片机和CPLD芯片，该模块不仅要完成数据存储时序的掌握，还要完成与仿照板、上位机的通信以及触发地址的记录等任务，如果单独选择FPGA芯片来完成以上所有的事情，对FPGA的内部资源哀求较高，编写程序的过程韶光耗费较长而且繁芜。
430单片机芯片集成了通信硬件、定时器硬件等模块，节省了编程韶光，同时该芯片I/O口数量较多，足以知足功能哀求，CPLD芯片只卖力数据时序的掌握，两者结合效率更为高效。
总结本文紧张是对基于断线触发的冲击波超压测试系统的硬件模块设计进行了先容，个中对滤波电路进行了剖析，终极选定了压控电压源二阶低通滤波器，并对该电路进行了电路仿真和剖析，验证了该电路的可行性。
