多通道加速度传感器在振动位移测量中的研究

摘要

火炮射击时，发射火药瞬时燃烧产生的巨大的气流膨胀力，以及高速运动中的弹丸与炮膛之间的摩擦力，都会导致炮口发生振动。而这种振动也会反过来影响弹丸产生起始扰动，进而影响到火炮的射击精度，以及对打击目标的杀伤力和破坏力。因此，业内常选择炮口的振动位移作为炮口振动影响火炮射击精度的指标之一。
　　由于火炮发射后，炮管附近会产生烟雾、炮口焰等复杂的环境因素，其对测量仪器的安全性和可靠性有很高的要求，因此对于炮口振动位移的测量通常采用的是非接触式的测量方法。该类方法测量精度较高，但是由于测量仪器安装不便限制了测试点个数，导致无法进行炮口振动的全面测量。近些年随着MEMS加速度计的发展，其体积以及重量变得越来越小，使得通过接触式方法测量炮口振动成为一种选择。
　　本论文设计了一套应用MEMS加速度计测量炮口振动位移的加速度采集存储系统。该系统通过对NAND FLASH编程时间的有效利用，使其存储容量扩展到16GB。并且充分利用了FPGA内部软核的32位数据总线，使该系统能够同时采集32通道振动数据，达到了全面测量炮口振动的目的。
　　本论文首先介绍了采集存储系统的硬件搭建以及多通道、数据同步采集的实现方式。然后介绍了加速度信号处理中直流分量以及多项式趋势项的处理方法，重点介绍了本文提出的应用于位移转换的半周期积分算法及其优化算法。最后通过设计的光放大法实验以及图像采集法实验，验证了该套系统以及相关理论算法的可行性。
　　本论文主要工作成果:(1)搭建了32通道的加速度传感器数据采集存储系统;(2)对振动加速度信号进行了频域分析，研究了处理干扰信号以及传感器零漂的相关算法;(3)模拟炮口振动设计了两个实验，并通过与加速度数据进行对比，验证了半周期积分算法及其优化算法的可行性。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 常用炮口振动测量方法

1．3 常用测量方法的不足

1．4 论文研究的主要内容和组织结构

1．4．1 课题研究的主要内容

1．4．2 论文的主要结构

2 多通道加速度传感器采集存储系统的设计

2．1 数字采集存储系统的硬件设计

2．2 数字采集存储系统的程序流程设计

2．3 本章小结

3 加速度信号处理理论与算法

3．1 积分理论

3．1．1 时间离散的积分理论

3．1．2 直流分量

3．1．3 多项式趋势项

3．2 去直流分量

3．2．1 数字高通滤波

3．2．2 频率域滤波

3．3 去多项式趋势项

3．3．1 最小二乘法

3．3．2 半周期积分算法

3．4 积分曲线优化算法

3．4．1 识别极值点

3．4．2 插值优化算法

3．4．3 三次样条插值算法

3．5 本章小结

4 实验设计及结果分析

4．1 加速度传感器

4．2 光放大法实验原理

4．2．1 光放大实验结果分析

4．3 图像采集法

4．3．1 图像采集法实验原理

4．3．2 图像采集法实验过程

4．3．3 图像采集法结果分析

5．1 本文工作情况及创新点

5．2 系统未来发展

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢