基于二極管陣列數字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于二極管陣列數字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統，屬于飛行器結構健康監(jiān)測技術領域。
【背景技術】
[0002]飛行器在服役的過程中不可避免的要承受各種能量的沖擊，例如飛機起飛時的碎石碰撞、飛行過程中飛鳥撞擊、停飛維護時工具的掉落砸傷等，又例如航天器在進入外層空間后受到的軌道碎片等太空垃圾的撞擊。近年來，隨著航空工業(yè)技術的迅速發(fā)展，復合材料結構已經逐漸成為飛行器的重要承力結構，然后復合材料結構遭受沖擊后容易在其內部產生表面不可見的損傷，這些損傷會隨著結構的服役而逐漸擴展，給飛機的正常運行帶來安全隱患。所以，對飛行器結構實施沖擊監(jiān)測對提高飛行器結構的安全性和維護效率非常重要。
[0003]飛行器結構的沖擊是一種隨機的瞬態(tài)事件，必須在沖擊發(fā)生的時刻對其進行監(jiān)測。所以沖擊監(jiān)測系統必須作為一種機載設備，被安裝在飛行器上，實施在線實時不間斷的沖擊監(jiān)測。然而，目前常規(guī)的沖擊監(jiān)測系統為了獲取沖擊響應信號實現精確的沖擊定位與評估，包含由信號放大器、濾波器和數模轉換器組成的模擬電路以及支持復雜監(jiān)測算法的微處理器及外圍器件組成的數字電路，再加之在大尺度結構大面積監(jiān)測時，由于所需通道數多，導致系統整體的體積大、重量大和功耗大，并且可靠性難保證，所以很難達到機載低功耗、小體積和高可靠性的要求。
[0004]針對上述這些問題，一種小型化數字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測系統被提出，該系統使用高速電壓比較器陣列替代常規(guī)沖擊監(jiān)測系統中的數模轉換器，并采用可編程邏輯門陣列替代微處理器及外圍器件組成的數字電路。高速電壓比較器能夠直接將模擬量形式的沖擊響應信號轉換為沖擊數字序列?？删幊踢壿嬮T陣列采集數字序列并通過基于數字序列的沖擊區(qū)域定位算法實現沖擊事件的記錄和沖擊區(qū)域定位。該系統具有體積小、質量輕、能夠實現在線實時沖擊監(jiān)測的特點，為沖擊監(jiān)測系統的機載化提供了一個可行且有效的實現方案。
[0005]但上述小型化數字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測系統在實現沖擊響應信號數字化時采用的高速電壓比較器陣列是有源陣列，陣列中的每一個比較器都是用一個比較器芯片來實現的，而比較器芯片往往體積大、功耗高，在一定程度上增加了整個沖擊監(jiān)測系統的體積和功耗，不利于實現微小型和超低功耗。
[0006]此外，真實飛行器在飛行過程中會受到的氣動噪聲與發(fā)動機振動產生的噪聲等干擾，而這種低頻和高頻振動將會干擾壓電元件對沖擊響應信號的采集，導致獲取的數字序列無法正確地表征沖擊的信息，從而降低對真實沖擊判斷的準確性。所以需要在沖擊響應信號數字化之前要先經過信號調理將低頻噪聲和高頻噪聲信號濾除，從根本上消除低頻噪聲和高頻噪聲對沖擊響應信號的干擾。上述小型化數字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測系統沒有考慮這方面的干擾問題。
[0007]另外，沖擊的發(fā)生是一個隨機事件，不僅僅是在飛行的過程中需要對沖擊進行監(jiān)測，即使在飛機落地斷電停飛或是維護時，也會有沖擊事件的發(fā)生，因此，沖擊監(jiān)測是一個在線實時不間斷的過程。此時，要求沖擊監(jiān)測系統能夠實現自供電，從而最大可能的監(jiān)測出結構遭受到的所有沖擊，為及時的維護提供保障。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明為克服上述小型化數字式的大規(guī)模傳感器陣列沖擊監(jiān)測系統存在的問題，提出了一種基于二極管陣列數字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統。該系統適于機載使用，具有支持傳感器數目多、微小體積、超輕質量、超低功耗、可自供電、可用于組網監(jiān)測的特點，能夠實現對飛行器結構的在線實時不間斷的沖擊監(jiān)測，從而提高飛行器結構的安全性和維護效率。
[0009]本發(fā)明為解決其技術問題采用如下技術方案:
一種基于二極管陣列數字化的微小型超低功耗沖擊監(jiān)測系統，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、數字轉換及管理模塊、機載總線通訊模塊、監(jiān)測數據存儲模塊、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、二極管陣列和數字轉換及管理模塊順序連接，數字轉換及管理模塊和機載總線通訊模塊雙向連接，數字轉換及管理模塊和監(jiān)測數據存儲模塊雙向連接，機載總線通訊模塊和微小型通訊接口雙向連接，機載總線通訊模塊、監(jiān)測數據存儲模塊和數字轉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。
[0010]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，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。
[0011]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。
[0012]所述4介高通電路是由也個電容和?個電阻串聯組成的無源濾波器，也個電阻的一端統一接地，所述4介低通電路是由也個電阻和也個電電容串聯組成的無源濾波器，?t電容的一端統一接地，其中，巧卩為大于等于1的自然數。
[0013]所述自供電模塊由電源保護單元、一級調理單元、充電管理單元、航空可充電電池、電源切換單元、二級調理單元和3個線性轉換單元組成，其中電源保護單元、一級調理單元、充電管理單元、航空可充電電池、電源切換單元和二級調理單元順序連接，一級調理單元和電源切換單元順序連接，第一線性轉換單元、第二線性轉換單元和第三線性轉換單元分別與二級調理單元連接。
[0014]本發(fā)明有益效果如下:
(1)本發(fā)明的系統具有支持傳感器數目多、微小體積、超輕質量、超低功耗、可自供電、可組網監(jiān)測的特點。
[0015](2)本發(fā)明的系統適于機載使用，能夠實現對大尺度飛行器結構的在線實時不間斷的沖擊監(jiān)測，從而提高飛行器結構的安全性和維護效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明系統的硬件架構示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明無源帶通濾波陣列示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明二極管陣列示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明系統自供電模塊示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明系統硬件集成結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
[0022]本發(fā)明的系統硬件架構如圖1所示。該系統由微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列、二極管陣列、數字轉換及管理模塊、機載總線通訊模塊、監(jiān)測數據存儲模塊、自供電模塊和微小型通訊接口組成。微小型傳感器陣列接口、無源帶通濾波陣列、二極管陣列和數字轉換及管理模塊順序連接