，數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊和機(jī)載總線通訊模塊雙向連接，數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊和監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊雙向連接，機(jī)載總線通訊模塊和微小型通訊接口雙向連接，機(jī)載總線通訊模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊分別與自供電模塊連接，自供電模塊和微小型通訊接口連接。
[0023]無源帶通濾波陣列由#帶通濾波單元組成，如圖2所示。每個帶通濾波單元是由一個4介高通電路和一個4介低通電路組成，4介高通電路是由也個電容和也個電阻串聯(lián)組成的無源濾波器，?個電阻的一端統(tǒng)一接地，4介低通電路是由也個電阻和也個電容串聯(lián)組成的無源濾波器，?個電容的一端統(tǒng)一接地。其中，其中/7=32，m為大于等于1的自然數(shù)。無源帶通濾波陣列的功能是抑制沖擊響應(yīng)信號的低頻和高頻噪聲干擾，提高對真實沖擊區(qū)域判別的準(zhǔn)確性。
[0024]二極管陣列由#二極管單元組成，如圖3所示。每個二極管單元由無源瞬態(tài)抑制二極管或是穩(wěn)壓二極管電路來實現(xiàn)。二極管單元的個數(shù)同帶通濾波單元的個數(shù)一致。經(jīng)過無源帶通濾波陣列之后的沖擊響應(yīng)信號通過二極管陣列后，在保留沖擊響應(yīng)信號特性的前提下，將沖擊響應(yīng)信號的幅值控制在二極管的鉗位電壓范圍內(nèi)，確保安全的進(jìn)入數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊。實現(xiàn)沖擊響應(yīng)信號的第一級數(shù)字化。
[0025]數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊是由微小型超低功耗的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列及其外圍電路來組成，實現(xiàn)沖擊響應(yīng)信號的第二集數(shù)字化，并對沖擊響應(yīng)數(shù)字信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)沖擊區(qū)域監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果和采集到的數(shù)字序列存儲在監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊中。此外，數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊也負(fù)責(zé)控制機(jī)載總線通訊模塊實現(xiàn)與機(jī)載區(qū)域級管理器的通訊，將存儲的監(jiān)測結(jié)果和采集到的數(shù)字序列發(fā)送給機(jī)載區(qū)域級管理器，并接受機(jī)載區(qū)域級管理器的控制。
[0026]該監(jiān)測系統(tǒng)采用二極管陣列將沖擊響應(yīng)信號的幅值控制在二極管的鉗位電壓范圍內(nèi)，實現(xiàn)第一級數(shù)字化；采用由微小型超低功耗的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列組成的數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊實現(xiàn)沖擊響應(yīng)信號的第二級數(shù)字化。
[0027]自供電模塊如圖4所示，由電源保護(hù)單元、一級調(diào)理單元、充電管理單元、航空可充電電池、電源切換單元、二級調(diào)理單元和3個線性轉(zhuǎn)換單元組成。當(dāng)航空電源開啟時，自供電模塊的電源切換單元接通一級調(diào)理單元，直接對其它模塊供電，同時為航空可充電電池充電；當(dāng)航空電源關(guān)閉時，電源切換單元接通航空可充電電池，為其它模塊供電，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自供電，確保在飛機(jī)停飛時，該系統(tǒng)也能不間斷的正常工作。
[0028]系統(tǒng)外部壓電傳感器陣列產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)信號經(jīng)過微小型傳感器陣列接口輸入至系統(tǒng)內(nèi)部。機(jī)載總線通訊及航空電源的輸入共用一個微小型通訊供電接口實現(xiàn)與外部機(jī)載區(qū)域級管理器和航空電源的連接。
[0029]系統(tǒng)中的無源帶通濾波陣列、二極管陣列采用小封裝器件實現(xiàn)，均為無源器件，沒有功耗。數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊、機(jī)載總線通訊模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊和自供電模塊均使用低功耗、小封裝的元器件實現(xiàn)。系統(tǒng)整體功耗小于30mW。
[0030]系統(tǒng)硬件集成的結(jié)構(gòu)如圖5所示，采用兩層板堆疊結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。頂層板放置微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列和自供電模塊，底層板放置由二極管陣列、數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊和機(jī)載總線通訊模塊。兩層板之間通過微小型排插進(jìn)行連接。航空可充電電池安裝在底層板的下方并與頂層板中的自供電模塊通過跳線進(jìn)行連接。整個系統(tǒng)硬件整體封裝在鋁質(zhì)機(jī)殼內(nèi)實現(xiàn)與外界環(huán)境的隔離和電磁屏蔽。系統(tǒng)封裝后的體積(含兩個接口)小于45mmX 35mmX 25mm (長X寬X高)。
【主權(quán)項】
1.一種基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列、二極管陣列、數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊、機(jī)載總線通訊模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊、自供電模塊和微小型通訊接口，其中微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列、二極管陣列和數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊順序連接，數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊和機(jī)載總線通訊模塊雙向連接，數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊和監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊雙向連接，機(jī)載總線通訊模塊和微小型通訊接口雙向連接，機(jī)載總線通訊模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊分別與自供電模塊連接，自供電模塊和微小型通訊接口連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述二極管陣列由#二極管單元組成，其中/7為大于等于1的自然數(shù)，每個二極管單元由無源瞬態(tài)抑制二極管或無源穩(wěn)壓二極管電路實現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無源帶通濾波陣列由#帶通濾波單元組成，每個帶通濾波單元是由一個m階高通電路和一個4介低通電路組成，其中，和巧卩為大于等于1的自然數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述4介高通電路是由也個電容和?個電阻串聯(lián)組成的無源濾波器，?個電阻的一端統(tǒng)一接地，所述4介低通電路是由也個電阻和也個電電容串聯(lián)組成的無源濾波器，?t電容的一端統(tǒng)一接地，其中，巧卩為大于等于1的自然數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述自供電模塊由電源保護(hù)單元、一級調(diào)理單元、充電管理單元、航空可充電電池、電源切換單元、二級調(diào)理單元和3個線性轉(zhuǎn)換單元組成，其中電源保護(hù)單元、一級調(diào)理單元、充電管理單元、航空可充電電池、電源切換單元和二級調(diào)理單元順序連接，一級調(diào)理單元和電源切換單元順序連接，第一線性轉(zhuǎn)換單元、第二線性轉(zhuǎn)換單元和第三線性轉(zhuǎn)換單元分別與二級調(diào)理單元連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二極管陣列數(shù)字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統(tǒng)，屬于飛行器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。該監(jiān)測系統(tǒng)由微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列、二極管陣列、數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊、機(jī)載總線通訊模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲模塊、自供電模塊和微小型通訊接口組成。該監(jiān)測系統(tǒng)采用二極管陣列將沖擊響應(yīng)信號的幅值控制在二極管的鉗位電壓范圍內(nèi)，實現(xiàn)第一級數(shù)字化；采用由微小型超低功耗的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列組成的數(shù)字轉(zhuǎn)換及管理模塊實現(xiàn)沖擊響應(yīng)信號的第二級數(shù)字化。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對大尺度飛行器結(jié)構(gòu)的在線實時不間斷的沖擊監(jiān)測，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性和維護(hù)效率。
【IPC分類】G01M99/00, B64D47/00
【公開號】CN105366066
【申請?zhí)枴緾N201510678150
【發(fā)明人】邱雷, 袁慎芳, 鄭倩云, 梅寒飛, 任元強(qiáng)
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月20日