一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，通过在飞行器边界层检测区域内部署大量的传感器阵列节点，采用高频率传感器以及高速ADC，来获取飞行器飞行过程中边界层的各种参数，大大提高了测量系统的时空分辨率，从而提高了测量系统的实时性与准确性。同时，本系统设计了电压输入接口、IEPE接口与RS485接口，可接入各种类型的传感器，提高了系统的通用性与可靠性，降低了系统的布线难度。系统采用eMMC阵列的方式完成数据的高速大容量存储。采用此种体系结构，主控制站可以同时挂载多个测试节点，也可以合理有效的应用各个测试节点进行测试，从而顺利完成多传感器分布式并发测试的协调与控制。布式并发测试的协调与控制。布式并发测试的协调与控制。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统


[0001]本专利技术属于阵列分布式测量
，具体涉及一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统。

技术介绍

[0002]针对飞行器边界层流动状态载荷、温度、应力、应变等测量要求，多参数阵列传感信息难于同步、实时获取、存储的问题，在对被测对象无影响或影响在允许范围的条件下，开展阵列分布式多参数测试系统一体化协同设计和高时空分辨率测试。设计研究阵列分布式多参数测量系统，构建分布式测试总线，解决分布式测试系统中现场设备与高级控制设备之间的信息传递问题，实现系统的分布式总线结构及实时可靠通信，包括传感器数据和现场采集数据的传出以及控制命令等的传入，从而实现协作感知、采集、处理和存储网络覆盖区域内被测对象的信息；根据测量要求以及边界层流场分布规律，合理设计布线结构和阵列的排布密度，在监测区域内部署大量的传感阵列节点，实现阵列分布式多参数测量系统的搭建。
[0003]在现有的测量系统中主要存在两个问题：一是时间分辨率与空间分辨率较低，导致测量系统的实时性与准确性不够高；二是测量系统的接口单一且不可控，导致测量系统的通用性不强。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术为实现上述目的，采用了以下技术方案。
[0006]本专利技术提供了一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，所述系统包括：传感器阵列模块、RS485接口模块、IEPE接口模块、电压输入接口模块、FPGA主控模块、A/D采集模块、DDR3模块、eMMC存储模块、以太网模块、电源模块以及上位机。所述传感器阵列模块通过部署传感阵列节点来获取飞行器的各种参数；所述RS485接口模块负责接收前端数字传感器输出的数字信号；所述IEPE接口模块负责接收和调理前端IEPE传感器输出的模拟信号；所述电压输入接口模块负责接收和调理前端模拟传感器输出的模拟电压信号；所述FPGA主控模块实现对各个模块的协调与逻辑控制；所述A/D采集模块完成前端模拟信号的模数转换；所述DDR3模块完成FPGA对eMMC存储模块进行写操作时的数据缓存；所述eMMC存储模块完成测量系统数据的固态存储；所述以太网模块实现上位机与测量系统之间命令、数据的交互；所述电源模块用于为所述系统提供电源；所述上位机实现测量系统数据的预处理及显示。
[0007]进一步地，所述传感器阵列模块在监测区域内部署大量的传感阵列节点，提高传感阵列的排布密度，从而提高测量系统的空间分辨率，准确获取飞行器边界层多个测试节点的参数。
[0008]进一步地，所述RS485接口模块负责接收前端数字传感器输出的数字信号，接收的数字信号可直接通过FPGA进行处理，丰富了测量系统的接口类型，提高了其通用性。
[0009]进一步地，所述IEPE接口模块负责将前端IEPE传感器输出的模拟信号进行放大和滤波，并针对不同的IEPE传感器动态调整其输出电压范围，提高了测量系统的通用性。
[0010]进一步地，所述电压输入接口模块负责接收和调理前端模拟传感器输出的模拟电压信号。
[0011]进一步地，所述FPGA主控模块选用Xilinx公司ARTIX
‑
7系列的 FPGA 芯片作为主控芯片。
[0012]再进一步地，所述FPGA主控模块还包括JTAG调试接口，所述JTAG调试接口与所述FPGA芯片相连。
[0013]再进一步地，所述FPGA主控模块还包括时钟模块，所述时钟模块给所述FPGA主控模块提供系统时钟。
[0014]再进一步地，所述FPGA主控模块还包括SPI Flash配置芯片，所述SPI Flash配置芯片用于存储所述测量系统的启动文件等。
[0015]进一步地，所述A/D采集模块选用多片高采样频率的A/D转换芯片，从而提高测量系统的时间分辨率，实现对所述IEPE接口模块和所述电压输入接口模块输出的模拟信号进行模数转换。
[0016]进一步地，所述DDR3模块包括多片DDR3存储芯片，所述DDR3模块完成FPGA对eMMC阵列进行写操作时的数据缓存。
[0017]进一步地，所述eMMC存储模块包括多片eMMC存储芯片，通过eMMC阵列的方式来提高数据存储的带宽，所述eMMC存储模块完成对测量系统数据的固态存储。
[0018]进一步地，所述以太网模块包括千兆以太网PHY芯片和RJ45接口，所述以太网模块主要是按照以太网协议对前端数据进行打包，传输至上位机显示，实现上位机与测量系统之间命令、数据的交互。
[0019]进一步地，所述电源模块包括多个电压转换芯片，所述电压转换芯片产生成各个模块所需的电压。
[0020]进一步地，所述上位机实现测量系统数据的反演、预处理以及显示功能。所述上位机可以同时挂载和管理多个测试节点，也可以合理有效的应用各个测试节点进行测试，并且可以通过上位机控制测试节点的输出，从而顺利完成多传感器阵列分布式并发测试的协调控制问题。
[0021]本专利技术的有益效果具体在于：（1）设计了一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，用于获取飞行器飞行过程中边界层流场的各种参数。采用此种体系结构，主控制站可以同时挂载多个测试节点，也可以合理有效的应用各个测试节点进行测试，从而顺利完成多传感器分布式并发测试的协调控制问题。
[0022]（2）通过提高传感阵列的排布密度以及选用高频率传感器、高采样频率ADC，提高了测量系统的时空分辨率，从而提高了测量系统实时性与准确性。
[0023]（3）设计有多功能传感器接口（IEPE接口、电压输入接口、RS485接口），使测量系统可接入多种传感器，提高了测量系统的通用性。
[0024]（4）设计了IEPE接口模块，既可以为前端IEPE传感器供电也可以对IEPE传感器输出的模拟信号进行放大和滤波处理，其放大倍数和滤波的截止频率均可根据实际需求进行调节，具有成本低、功耗低、可靠性高、信号失真度小等优点。采用双线制电路，仅需一根线即可完成供电和信号传输，降低了系统的布线难度。并设有增益衰减电路，针对不同IEPE传感器进行电压动态调节，保证了任意IEPE传感器输出的模拟信号都可调整至A/D转换的动态输入范围内，提高了测量系统的通用性。
附图说明
[0025]图1为测量系统结构框图图2为IEPE接口模块结构图图3为DDR3模块逻辑结构图图4为eMMC存储系统结构图。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施方式对本专利技术进行进一步的说明。
[0027]一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，所述系统包括：传感器阵列模块、RS485接口模块、IEPE接口模块、电压输入接口模块、FPGA主控模块、A/D采集模块、DDR3模块、eMMC存储模块、以太网模块、电源模块以及上位机。所述传感器阵列模块通过部署传感阵列节点来获取飞行器的各种参数；所述RS485本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述系统包括：传感器阵列模块、RS485接口模块、IEPE接口模块、电压输入接口模块、FPGA主控模块、A/D采集模块、DDR3模块、eMMC存储模块、以太网模块、电源模块以及上位机。所述传感器阵列模块通过部署传感阵列节点来获取飞行器的各种参数；所述RS485接口模块负责接收前端数字传感器输出的数字信号；所述IEPE接口模块负责接收和调理前端IEPE传感器输出的模拟信号；所述电压输入接口模块负责接收和调理前端模拟传感器输出的模拟电压信号；所述FPGA主控模块实现对各个模块的协调与逻辑控制；所述A/D采集模块完成前端模拟信号的模数转换；所述DDR3模块完成FPGA对eMMC存储模块进行写操作时的数据缓存；所述eMMC存储模块完成测量系统数据的固态存储；所述以太网模块实现上位机与测量系统之间命令、数据的交互；所述电源模块用于为所述系统提供电源；所述上位机实现测量系统数据的预处理及显示。2.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述传感器阵列模块根据测量需求，合理设计布线结构和阵列的排布密度，在监测区域内部署大量传感阵列节点，获取飞行器边界层的各种参数。3.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述RS485接口模块负责接收前端数字传感器输出的数字信号，接收的数字信号可直接通过FPGA进行处理，丰富了测量系统的接口类型，提高了其通用性。4.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述IEPE接口模块负责将前端IEPE传感器输出的模拟信号进行放大和滤波，并针对不同的IEPE传感器动态调整其输出电压范围。5.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述电压输入接口模块负责接收和调理前端模拟传感器输出的模拟电压信号。6.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的阵列分布式多参数测量系统，其特征在于，所述FPGA主控模块选用Xilinx公司ARTIX
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7系列的 FPGA 芯片作为主控芯片。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，孟园，刘鹏，李孟委，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：