基于双向光通信的旋转部件传感参数遥测系统

为解决高旋、高温等极端环境下旋转部件传感参数原位采集和实时传输的难题,研制了多通道传感参数遥测系统。系统包含转子组件、定子组件和可视化终端。转子组件通过空间光通信实现与定子组件的双向无线数据传输。转子组件圆周轴对称、叠层架构设计降低了高速惯性力的影响。通过搭建5 000 r/min转速的模拟旋转测试环境进行系统功能和性能验证,实现采集精度0.25%,无线传输距离50 cm,传输速率10 Mbit/s和128通道同步采样率5 kHz。该设计方案为旋转部件试验和优化设计提供稳定可靠的参数测量技术。

基于热电堆的微型热流传感器制备及性能研究

航空发动机内部温度和热辐射的不均匀分布可能导致叶片表面出现热点,引起叶尖等区域的材料损坏。因此,监测单位时间内通过叶片表面的热量十分重要。热电堆型热流传感器以其测量范围广、稳定性好、精度高等优点,成为监测高温环境热流参数的常用方法。本文采用丝网印刷和高温烧结工艺,在10 mm×10 mm×1 mm的99%Al_(2)O_(3)陶瓷基片上制备了Pt-Rh10/Pt热电堆型热流传感器,并搭建了热流实验平台对传感器进行测试。结果表明,该热流传感器在1 019.4℃的高温环境下,所测热流密度为179.67 kW/m^(2),输出电压为0.462 3 mV。经过3次热循环测试可知,该热流传感器的重复性偏差小于5%,具有较好的重复性。

无线激光传输系统收发电路的设计与实现

针对航天发动机、涡轮机等旋转部件的温度测量系统中的信号传输问题,以850 nm波长的红外光为载体,设计了基于FPGA的无线激光通信的数据传输系统。该系统由转子端的光发射模块、定子端的光接收模块、地面可视化设备3部分组成。此外,在前置放大电路中引入一个反馈电容,系统的开环增益曲线会增加一个极点做补偿以提升系统的稳定,并进行了仿真验证。在此基础之上,搭建实验系统对电路性能进行测试。通过仿真及实验验证,结果表明:设计的方案可以实现传输速率为40 Mbit/s的稳定传输,为旋转环境的动态监测技术中的无线数据传输提供了一种可行性方案。

基于FPGA的雷达/GPS数据融合存储系统设计

现阶段高速测绘成像雷达回波信号数据量大、传输速率快,完整的实时存储高精度GPS信息的雷达数据是测绘成像的关键,面对此类系统要求满足高精度、数据融合编帧、大容量、高速度、全程准确存储等一系列问题,该文设计一种高速雷达融合数据接口控制存储系统。该系统主控模块以FPGA作为主控芯片,接收10路30 MB/s的LVDS数据和1路GPS串口数据,并进行组合编帧,打包数据通过以太网发送给上位机,最后通过LabView上位机软件将数据存储在硬盘内。最终通过试验验证,可以完整无误地将融合采编数据存储在硬盘内。

基于北斗/GPS双模模块的高可靠定位系统设计

针对飞行器在飞行试验结束后部分重要结构的定位及可靠回收的问题,设计了一种基于北斗/GPS双模模块的高可靠定位系统。系统采用集成了GPS/RNSS(Radio navigation satellite system)模块和RDSS(Radio determination satellite system)模块的BDM910模块为核心的定位装置,通过双链路及四天线互为冗余来接收北斗导航卫星系统(Beidou navigation satellite system,BDS)频点和GPS频点导航电文,在捕获有效卫星导航信号的同时,实时解算自身位置信息,并将位置信息以北斗短报文形式实时发送给搜寻装置,最终确定飞行器的落点坐标。该系统解决了在复杂环境下,飞行试验中相关重要结构的定位回收问题。此定位系统有实时解析定位数据和定位装置通信信息的能力,数据解析率小于5 s,定位精度在10 m以内,通信成功率在95%以上,系统持续工作时间4 h以上,实现了高可靠定位。

一种基于FPGA的宽范围绝缘测试系统设计与研究

针对工业领域对绝缘测试越来越高的需求,提出了一种基于FPGA的宽范围绝缘测试系统,同时针对大电阻测试情况下工频干扰对测试精度的影响,提出了采用双T型陷波器的方法。首先,分析绝缘测试平台的测试原理,并给出系统整体设计框架,该绝缘测试平台分为上位机和下位机两部分,两者通过以太网进行通信;其次,分析电路原理,根据原理和测试需求提出相应的硬件设计,陷波器采用双T结构,电阻测试原理采用二线法;再次,根据电路和测试原理设计软件和通信协议;最后,对电路仿真并进行实物测试。测试结果表明,绝缘测试系统测试范围能覆盖至10Ω~10 MΩ,双T型陷波器能够滤除大电阻测试情况下的工频干扰,滤波后的测试误差均在10%以内。

基于FPGA的多通道数据监测存储系统

针对飞行器试验数据种类繁杂、通道数多、速率差大、并发性高等特点以及缺少对机载设备运行情况实时监测等问题设计了基于FPGA的多通道数据监测存储系统。系统整体由主控板、电源板、1553B通信板、模拟量板以及双Flash存储卡构成,采用热备份的方法实现了高可靠性1553B总线监测信道的搭建;采用并行分时相结合的方法实现了对多通道模拟量、PCM码流、LVDS数据的混合编帧;采用三级异步FIFO缓冲结构实现了数据监测与回读逻辑;最后,通过可重传的千兆以太网通信逻辑实现与地面设备可靠的数据传输。经数次温循及振动测试,成功验证了该系统对于极端环境的适应性,有效解决了飞行器多通道数据监测存储的难题,在实际生产中具有一定应用价值。

高可靠性高精度定位系统的国产化设计与实现

针对航空航天、国防军工领域内飞行器飞行实验中残骸和存储器的快速、准确、高效的定位回收问题,创新性地利用RNSS和RDSS相结合的卫星通信方式并利用包括国产单片机在内的国产器件,设计了一种高可靠高精度的全国产化实现落点定位的定位系统。经过多种复杂恶劣环境下的实验与应用,系统的定位精度最高可以优于5 m,北斗短报文的通信频度在2次/分,丢包率小于5%,大容量锂电池可以保证系统连续最长工作时间达4 h;满足对残骸和存储器的定位回收需求,具有体积小、高精度、高可靠性、实时性强等特点。目前已经在某项目中得到应用。

增材制造的多波束透镜-天线系统

多波束微波天线因其在通信系统中的广泛应用而备受关注。提出了一种多波束透镜-天线系统,可同时满足宽带宽和宽扫描角度要求。透镜由增材制造的球形层构成,以实现折射率梯度变化。设计了不同工作频率的柔性贴片天线作为透镜的馈电端,柔性馈源与球形透镜表面可紧密贴合在一起,实现共焦平面。多频段馈源测试结果表明该透镜-天线系统可在2~10 GHz的带宽范围内工作。该透镜-天线系统在测试中发射指向-72°、-36°、0°、36°、72°的波束以进行验证,其在最大扫描角度附近增益损失小于3 dB,仿真结果和测试结果具有良好的一致性。研究结果表明该透镜-天线系统在微波和毫米波移动通信和遥感等领域具有广阔的应用前景。

eMMC高速阵列双备份智能存储系统

针对传统存储器使用单份eMMC进行存储时存在的传输速率较低、可靠性较差和智能化水平较低等问题,设计了一种基于eMMC高速阵列双备份智能存储系统。通过将4片容量为64 GB、型号为KLMCG8GESD B04Q的三星eMMC芯片分成两份组成阵列,采用并行操作方式进行双备份存储。同时加入了断电续存的功能,即使出现系统偶然瞬时断电,也不会出现已存储的数据被覆盖的问题。试验测试与数据分析结果表明,该系统写入速度为152 MB/s,读出速度为83 MB/s,存储容量为118 GB。即使在有限数量eMMC失效的情况下,存储器仍能满足航天飞行记录器的各项技术指标要求。

基于千兆以太网的高速智能存储系统设计

为了准确、完整地记录导弹在发射与飞行过程中的各种状态参数,并且对存储数据进行高速回收处理,设计了一种基于千兆以太网的高速智能存储系统。该系统以FPGA为控制中心,将PCM数据码流接收后经过编码解析存入Flash,最后通过千兆以太网、RS422多模式接口将数据快速回传至上位机显示。经试验验证,该智能存储系统具有传输速率高、抗干扰能力强、可靠性高等特点,能够满足弹载数据存储测试的要求,目前已成功应用于某弹射试验弹弹载数据测试中。

无线无源力/热传感器与测试技术研究现状

针对力热传感器多数采用有线有源的技术方案,难以适用于高温、高压、强振以及机械动力旋转部件等环境下的力热参数原位测试问题,阐述了进行无线无源传感器件研究的重要意义,并对声表面波(surface acoustic wave,简称SAW)传感器、LC谐振互感耦合传感器以及超材料传感器等3类无线无源力热传感器进行了总结及现状分析。首先,描述了无线无源力热传感器的需求情况;其次,介绍了3类传感器的工作原理、传感性能及其在独特场景下的具体应用;最后,讨论了无线无源传感器发展过程中的瓶颈问题,指出了未来可能改善和提升的发展方向。

一种基于火工品技术的数据安全保护方法研究

数据存储器作为飞行器参数的重要记录设备,在推动远程精确打击武器的发展进程中有重要作用。由于远程武器的射程范围广,常常导致数据存储器无法快速有效地定位回收,若数据存储器被敌人获取,将会导致数据泄露,危害国家安全。基于以上研发背景,分析了各种数据销毁方式的优缺点,设计实现了一种基于火工品技术的芯片毁伤方法,用于保护数据存储器的记录数据。测试结果表明:毁伤模块能够在无解保指令下对被恶意拆除的目标芯片进行摧毁,且毁伤模块在待机情况下能够长时间工作超过120 h。满足系统的方案设计需求。

旋转部件温度参数同步无线测量技术研究

针对旋转部件温度参数原位同步测量和数据无线传输应用需求,研究了电能无线传输技术和空间光通信技术,设计了一套8通道小型温度参数遥测系统。该系统通过热电偶和铂电阻传感器实现8路温度参数的高精度准确测量,采用电磁感应和红外光通信技术实现电能和采集数据的同步无线传输。系统分析软件完成数据的实时存储、解析和可视化显示。搭建了20000 r/min的模拟旋转环境测试平台,进行系统功能和性能验证。系统温度采集精度优于0.15%,无线传输距离为15 mm,电能传输输出峰值功率可达5 V/400 mA,实测通信速率为10 Mbit/s,8通道同步采样速率为56 kHz。该系统实现了温度参数的分布式、高精度获取,为旋转部件的研制和维护提供了准确的温度依据。

基于MXene/RGO复合材料的具有多孔压力敏感结构的柔性可穿戴传感器

随着微电子技术与柔性智能电子的快速发展,二维材料因其独特的层状结构,在柔性电子领域具有良好的应用潜力。MXene由于具有良好的导电性与较高的亲水性,在柔性传感领域引起了广泛关注。然而,纯MXene层间距离有限,在压力传感领域受到极大限制。故提出了一种快速发泡技术来实现多孔结构的制备。采用多孔结构的MXene/RGO复合材料作为压力敏感材料,并设计了叉指电极作为传感器的电极引线层,构建了压力传感器。实验结果表明,该传感器具有优异的压力敏感性能,其检测范围可达到0~1.7 MPa,最大传感器灵敏度达到0.556 kPa~(-1),快速响应时间以及释放时间分别为为82 ms和63 ms,且具有良好的稳定性(≥1 800次循环)。同时,在应用研究中表明该压力传感器在人体运动监测、人机交互、医疗监测等领域均具有广泛的应用前景。

宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡设计

针对无人机综合测试领域对复杂温度环境下模拟量信号输出的精度以及通道数量的需求,设计了一种宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡。系统采用FPGA作为主控单元,使用分辨率为16位的D/A转换器AD5372,利用DS18B20温度传感器实时监测系统工作温度,进行模拟量输出的温度校准,最终实现在0~85℃条件下精准输出64路模拟量信号,输出范围在-10~10 V。为提高通用性和标准性,系统支持千兆以太网、LVDS、RS4223种数据通讯接口,并配备上位机软件实现人机交互。经实际工程验证,在0~85℃条件下输出的模拟量信号误差均在±0.5 mV以内,符合系统设计指标,为无人机测试领域产生多通道高质量的模拟量信号提供了成熟可靠的工程化解决方案。

基于FPGA和LoRa的燃烧室振动信号无线测试装置设计

燃烧不稳定性问题可引起大幅的机械振动,严重影响发动机正常工作。为满足新型试验需求,针对传统燃烧室测试装置灵活性不足、可靠性差等问题,设计了一种基于FPGA和LoRa的燃烧室振动信号无线测试装置,以FPGA作为主控单元,将前端高速AD采集的振动传感器数据存入Flash,通过LoRa技术并结合以太网的高速运行,在PC端进行远程操控和数据处理。试验表明:该装置可以实现至少500 m开阔距离内待测燃烧室振动信号的可靠测试,工作稳定,实时性强。

基于4H-SiC的低横向灵敏度压阻式加速度计设计仿真研究

文中基于4H-SiC设计了一种开槽式低横向灵敏度压阻式加速度计,通过分析支撑梁位置及开槽尺寸对加速度计性能的影响确定了相关结构参数,并对该结构采用有限元方法进行了热-力耦合仿真,确定了该结构在600℃温度场中施加不同载荷时的理论电压输出。研究结果表明:该结构相较于已有的双端四梁结构X轴方向的横向灵敏度由3.3%降至2.6%,Y轴方向横向灵敏度由29.9%降至1.5%,传感器芯片在600℃高温环境下输入载荷与输出电压呈线性关系,100 g载荷下的理论输出电压为3.65 mV。

基于共晶焊技术的高温压力传感器无引线封装技术研究

针对MEMS高温压力传感器在高温特种环境下存在引线电学失效的不可靠性因素,制备了基于共晶焊技术的无引线封装SOI高温压阻式压力传感器。利用金锗合金焊料共晶焊接技术完成芯片与陶瓷基板的焊盘之间的连接。推力测试结果表明:其焊接强度最大值可达28.30 MPa,均值约为26.47 MPa。完成300℃环境下的老化后,其300℃高温环境下零点漂移为0.216%,时漂约为7.64μV/h。老化后常温静态压力测试线性度为0.126%,迟滞为0.136%,重复性为0.197%,均小于2‰,基本误差为0.433%。研究结果验证了金锗焊料共晶焊接制备无引线封装压力传感器的技术路线可行性。

MEMS高温压力传感器耐高温引线结构优化

绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。