一种风洞微型测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种风洞微型测量系统，包括：电气接口模块，其包括前面板和后面板，所述前面板上设置有模拟电压信号输入端子，后面板上设置有电源输入接口、触发接口和网络接口，所述前面板上连接有增益控制模块；低通滤波模块，其设置在增益控制模块的后端；扫描采集模块，其通过同步采集开关与低通滤波模块相连；主控模块，其与扫描采集模块相连，所述主控模块包括固件模块和驱动模块；LAN总线接口模块，其与主控模块的输出端相连。本实用新型专利技术的一种风洞微型测量系统具有缩短传输线路，减少信号衰减，提高抗干扰能力；支持多种总线和存储接口，可进行有线和无线数据传输并实现数据离线存储、数据的在线处理和分析诊断功能的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种风洞微型测量系统
本技术属于航空航天空气动力学风洞试验
，具体涉及一种风洞微型测量系统。
技术介绍
风洞是一种产生可控均匀气流的管状试验装置，用于模拟飞行器在不同飞行高度和速度条件下的气动力现象。风洞测量系统用于采集压力、温度、力和力矩等类型的传感器信号，由信号调理及数采设备组成，包括滤波、放大、模数转换功能。由于风洞内部环境复杂，风洞测量系统一般安装于风洞外部，模型天平及分布于风洞各部段的各类传感器需要通过双绞屏蔽线将信号输入到测量系统。对于传感器测点较为分散的大型风洞，信号长距离传输会导致信号衰减；同时由于风洞现场大功率电机驱动设备较多，如天平输出的小信号传输过程中易受空间电磁干扰，这些均会对测量精度产生影响。无法布置信号线的应用场合，比如压气机及旋转叶栅中的旋转试验件、直升机旋翼上的传感器信号采集，现有风洞测量系统不再适用。为解决上述集中式风洞测量系统面临的问题，需要研制一种分布式微型测量系统，包括常规测量系统的放大、滤波及模数转换功能，关键性能指标与风洞常规测量系统相当，具备一定数据在线处理与分析能力，兼容无线数据传输，具备一定防护和防震等级。通过对各类传感器测点进行合理划分，就近集中到不同的微型测量系统，各微型测量系统通过以太网组网，并通过IEEE1588协议实现不同系统之间的同步采集，使得系统能够安装于模型支撑机构或模型内部用于天平信号采集，旋转试验件及其它需要考虑高冲击及强震动的场合。
技术实现思路
本技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本技术的这些目的和其它优点，提供了一种风洞微型测量系统，包括：电气接口模块，其包括相对设置的前面板和后面板，所述前面板上设置有具有电流和电压过载保护功能的模拟电压信号输入端子，所述后面板上依次设置有电源输入接口、触发接口和网络接口，所述电源输入接口连接有为整个测量系统供电的电压模块；实现电压输入信号的增益放大功能的增益控制模块，其设置在前面板的后端，所述增益控制模块的输入端与前面板上的模拟电压信号输入端子的输出端相连；具有滤除高频噪声及混叠信号的低通滤波模块，其设置在增益控制模块的后端，且所述低通滤波模块的输入端与增益控制模块的输出端相连；同步采集开关，其设置在低通滤波模块的后端，与低通滤波模块相连；扫描采集模块，其位于同步采集开关的后端，所述扫描采集模块的输入端与同步采集开关相连；主控模块，其设置在扫描采集模块与后面板之间，所述主控模块包括固件模块和驱动模块，所述主控模块的输入端与扫描采集模块的输出端和位于后面板上的触发信号接口相连，所述主控模块上连接有程序数据存储器和缓存；LAN总线接口模块，其与主控模块的相连，所述LAN总线接口模块与位于后面板上的网络接口相连。优选的是，所述固件模块包括FPGA逻辑部分和ARM程序部分，其中，FPGA逻辑部分包括：能够接收时钟信号的时钟控制模块；PL-PS接口模块，其与时钟控制模块相连；全局时钟及复位生成模块，其与PL-PS接口模块相连，能够接收PL-PS接口模块发出的信号；触发与时钟处理模块，其与全局时钟及复位生成模块相连，能够接收全局时钟及复位生成模块发出的时钟及复位信号，并且所述触发与时钟处理模块与传输外部触发信号的触发接口相连；实时读取A/D芯片的采样数据的A/D数据采集模块，其与扫描采集模块相连；用于完成数据修正处理并将数据写入缓存的A/D数据修正模块，其位于A/D数据采集模块的后端，所述的A/D数据修正模块后端连接有A/D数据读写控制器，所述A/D数据读写控制器与PL-PS接口模块相连，所述A/D数据修正模块与触发与时钟处理模块相互连通，可相互接收、传输信号；ARM程序部分包括：可编程的数据处理与分析模块，其通过GP与HP总线与PL-PS接口模块相连，所述数据处理与分析模块和程序数据存储器、缓存相连。优选的是，所述扫描采集模块为将模拟信号转换为数字信号的高采样率的单A/D转换器。优选的是，所述模拟电压信号输入端子上设置有16路模拟通道。优选的是，所述增益控制模块、低通滤波模块和同步采集开关数量相同，且一对一相对单独连接。优选的是，所述增益控制模块为高共模抑制比的放大器增益模块。优选的是，所述低通滤波模块为截止频率为1Hz的有源二阶巴特沃斯低通滤波器。优选的是，所述增益控制模块为具有4档独立设置的放大倍率的增益控制模块。优选的是，所述LAN总线接口模块采用以太网作为传输总线，接入风洞测控网络即可实现数据的远距离传输，同时基于IEEE1588协议实现微型测量系统间同步；在所述LAN总线接口模块的基础上可添加无线模块，实现数据的无线传输。本技术至少包括以下有益效果：1、通过各模块的相互配合，系统可实现电压信号放大、低通滤波、模数转换、数据处理与分析功能，能够满足风洞天平及各类传感器电压信号采集需求。2、系统采用小型化、防震设计，可安装于风洞模型支撑机构或模型内部，大幅减少模拟信号传输线路距离，减少信号衰减并提高抗干扰能力。3、支持多种总线和存储接口，可根据不同应用场景实现有线和无线的数据传输并实现数据离线存储；同时，系统具有可编程特性，可根据应用需求，实现采集数据的在线处理和分析诊断功能。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本技术提供的测量系统框图；图2为本技术提供的测量系统固件模块功能框图；图3为本技术提供的前面板模拟电压信号输入端子引脚定义图；图4为本技术提供的测量系统中低通滤波器幅频图；图5为本技术提供的测量系统A/D转换器扫描原理图；图6为本技术提供的采样时钟路由框图；图7为本技术提供的待测共地差分模拟输入信号连接示意图；图8为本技术提供的待测共地单端模拟输入信号连接示意图；图9为本技术提供的待测浮地差分模拟输入信号连接示意图(有信号地端)；图10为本技术提供的待测浮地差分模拟输入信号连接示意图(无信号地端)。具体实施方式：下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1-10示出的一种风洞微型测量系统，包括：电气接口模块，其包括相对设置的前面板和后面板，所述前面板上设置有具有电流和电压过载保护功能的模拟电压信号输入端子，所述后面板上依次设置有电源输入接口、触发接口和网络接口，所述电源输入接口连接有为整个测量系统供电的电压模块；实现电压输入信号的增益放大功能的增益控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风洞微型测量系统，其特征在于，包括：/n电气接口模块，其包括相对设置的前面板和后面板，所述前面板上设置有具有电流和电压过载保护功能的模拟电压信号输入端子，所述后面板上依次设置有电源输入接口、触发接口和网络接口，所述电源输入接口连接有为整个测量系统供电的电压模块；/n实现电压输入信号的增益放大功能的增益控制模块，其设置在前面板的后端，所述增益控制模块的输入端与前面板上的模拟电压信号输入端子的输出端相连；/n具有滤除高频噪声及混叠信号的低通滤波模块，其设置在增益控制模块的后端，且所述低通滤波模块的输入端与增益控制模块的输出端相连；/n同步采集开关，其设置在低通滤波模块的后端，与低通滤波模块相连；/n扫描采集模块，其位于同步采集开关的后端，所述扫描采集模块的输入端与同步采集开关相连；/n主控模块，其设置在扫描采集模块与后面板之间，所述主控模块包括固件模块和驱动模块，所述主控模块的输入端与扫描采集模块的输出端和位于后面板上的触发信号接口相连，所述主控模块上连接有程序数据存储器和缓存；/nLAN总线接口模块，其与主控模块相连，所述LAN总线接口模块与位于后面板上的网络接口相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种风洞微型测量系统，其特征在于，包括：
电气接口模块，其包括相对设置的前面板和后面板，所述前面板上设置有具有电流和电压过载保护功能的模拟电压信号输入端子，所述后面板上依次设置有电源输入接口、触发接口和网络接口，所述电源输入接口连接有为整个测量系统供电的电压模块；
实现电压输入信号的增益放大功能的增益控制模块，其设置在前面板的后端，所述增益控制模块的输入端与前面板上的模拟电压信号输入端子的输出端相连；
具有滤除高频噪声及混叠信号的低通滤波模块，其设置在增益控制模块的后端，且所述低通滤波模块的输入端与增益控制模块的输出端相连；
同步采集开关，其设置在低通滤波模块的后端，与低通滤波模块相连；
扫描采集模块，其位于同步采集开关的后端，所述扫描采集模块的输入端与同步采集开关相连；
主控模块，其设置在扫描采集模块与后面板之间，所述主控模块包括固件模块和驱动模块，所述主控模块的输入端与扫描采集模块的输出端和位于后面板上的触发信号接口相连，所述主控模块上连接有程序数据存储器和缓存；
LAN总线接口模块，其与主控模块相连，所述LAN总线接口模块与位于后面板上的网络接口相连。


2.如权利要求1所述的风洞微型测量系统，其特征在于，所述固件模块包括FPGA逻辑部分和ARM程序部分，其中，
FPGA逻辑部分包括：
能够接收时钟信号的时钟控制模块；
PL-PS接口模块，其与时钟控制模块相连；
全局时钟及复位生成模块，其与PL-PS接口模块相连，能够接收PL-PS接口模块发出的信号；
触发与时钟处理模块，其与全局时钟及复位生成模块相连，能够接收全局时钟及复位生成模块发出的时钟及复位信号，并且所述触发与时钟处理模块与传输外部触发信号的触发接口相连；
实时读取A/D芯片的采样数据的A/...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，熊健，邓晓曼，黄昊宇，苗磊，刘光远，范金磊，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51