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基于FPGA的固体推进剂过载参数存储测试系统的研制

曲兵兵  
【摘要】:在固体火箭发动机工作过程中,推进剂药柱的应变量及过载加速度等动态参数对固体发动机的故障诊断及安全性的评估监测具有重要意义。目前国内对推进剂药柱在过载状态下的测试比较少见,并且常用的测试方法存在外接信号引线易断、制作安装困难等问题,基于此,开展了针对固体推进剂过载参数测量的存储测试系统的研究。 在分析了固体推进剂在实际工况中表面应变、加速度信号的特点及测试环境的特殊性的基础上提出了存储测试装置的设计性能指标、设计原则和总体方案;根据所选各传感器的电气特性并结合系统性能指标,设计了相应的信号调理电路;设计了FPGA控制器及片外AD转换器、USB通信控制器、存储器的电路;使用Verilog硬件描述语言在QuartusⅡ9.0软件环境下对片外硬件电路编写了各功能控制模块,并结合LabVIEW8.6软件开发了上位机操作界面,实现了对测试系统的可程控增益放大、应变电桥自动平衡、内触发设置、测试数据读取等功能,完成了三通道大应变、单通道加速度信号的采集存储。设计了合理有效的供电电路,保证了装置在试验过程中能够正常工作;针对试验环境及对装置抗冲击性的要求,利用Solidworks2008设计了装置的机械壳体,并使用ANSYS软件进行了强度仿真分析,对电路板的防护及缓冲进行了分析与设计。针对因受发动机体积局限导致装置与外界通信接口的不匹配,对各接口进行了合理的转换。利用信号发生器、落锤信号发生器以及并联大电阻方法分别对装置的加速度及应变测试进行调试与功能验证,试验结果表明设计的存储测试装置是可行有效的,具有实际工程使用价值,为固体发动机的故障诊断及安全评估监测提供了一种有效的测试方法。


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