CC BY
15
УДК 620.1.05:531.57
БОРТОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГИСТРАТОР
ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ
АРТСНАРЯДОВ ПО КАНАЛУ СТВОЛА И НА ТРАЕКТОРИИ
В.Л. РУДЕНКО, О.Н. ПАЛЕХОВ, В.И. АБУШКЕВИЧ
ФГУП "Нижнетагильский институт испытания металлов" (ФГУП НТИИМ), Нижний Тагил, Россия
АННОТАЦИЯ. Разработан малогабаритный цифровой электронный регистратор с записью измерительной информации в твердотельную память. В состав аппаратного комплекса входит бортовой электронный регистратор, устанавливаемый внутри артиллерийского снаряда, и наземная аппаратура считывания и преобразования информации, на основе ПЭВМ со специальным программным обеспечением;
Современные артиллерийские снаряды имеют в своем составе электронные устройства различного назначения - электронные и радиовзрыватели, элементы систем управления и коррекции, источники электропитания и т.д.
При разработке таких боеприпасов на этапе их полигонной отработки и испытаний возникает необходимость контролировать работу этих устройств непосредственно внутри снаряда при натурных стрельбах в процессе, и после выстрела. Такие работы проводятся с использованием бортовой радиотелеметрической аппаратуры (БРТА) типа ТМ76-9, ТМ7, ТМ32, разработанной в СКБ измерительной аппаратуры ФГУП «НТИИМ». Информация с БРТА, установленной внутри снаряда, передается в режиме реального времени по радиоканалу. Наличие в составе БРТА радиопередатчика требует решения вопросов радиосовместимости при наличии в составе артснаряда радиовзрывателей и приемников систем управления. В ряде случаев целесообразнее осуществлять измерение и хранение измерительной информации с помощью автономных регистраторов.
Опыт по созданию удароустойчивой бортовой аппаратуры и развивающаяся элементная база позволяет создавать малогабаритные цифровые электронные регистраторы с записью измерительной информации в твердотельную память.
Такой электронный регистратор разработан в СКБ измерительной аппаратуры ФГУП «НТИИМ».
Структурная схема комплекса аппаратуры электронного регистратора представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема комплекса аппаратуры электронного регистратора
В состав комплекса входит бортовой электронный регистратор (БЭР), устанавливаемый внутри артиллерийского снаряда, и наземная аппаратура считывания и преобразования информации, состоящая из ПЭВМ со специальным программным обеспечением для программирования, считывания и первичной обработки измерительной информации.
Согласование интерфейсов ПЭВМ и БЭР осуществляется через блок согласования и тестирования (БСТ), который выполняет также функции имитации сигналов БЭР и обеспечивает ему внешнее электропитание при тестировании и программировании.
На БЭР поступают по восьми каналам электрические сигналы от электронных устройств испытуемого снаряда, преобразуются в цифровую форму и записываются в постоянную память со сроком хранения записанной информации до 10 лет.
БЭР имеет встроенный источник питания из 4 элементов РЦ53 и, с целью повышения надежности в условиях воздействия ударных перегрузок при выстреле и встрече с преградой, 4 конденсаторов повышенной емкости с твердым электролитом (ионисто-
ров) в качестве дублирующего источника питания. Технические характеристики БЭР:
- количество каналов регистрации параметров 8
- общее количество измерений 512000
- разрядность измерений, бит, 12
- общая длительность регистрации, с, 25±0?25
- максимальная перегрузка, g, 25000
габаритные размеры, мм х мм, масса, кг,
072x93,5; 1,25±0,05.
После выстрела снаряд либо улавливается специальными уловителями, либо откапывается из грунта, БЭР извлекается из снаряда подключается к БСТ и ПЭВМ и производится считывание измерительной информации.
Функциональная схема электронного регистратора приведена на рис. 2. Основные режимы работы электронного регистратора:
- режим программирования;
- режим ожидания;
- режим готовности к записи;
- режим записи;
- режим хранения;
- режим считывания.
В режиме программирования бортовой прибор БЭР подключается через последовательный асинхронный интерфейс (УАПП) к компьютеру. В этом режиме работы компьютер производит пересылку конфигурационных данных в устройство управления и синхронизации (УУС), которое в свою очередь производит запись принятых данных в память программ (ПЗУ программ). К конфигурационным данным относятся: время нахождения прибора БЭР в режиме ожидания, размер буфера предыстории, уровень порогового сигнала, включающего БЭР в режим записи. Питание прибора БЭР в этом режиме осуществляется от внешнего источника питания. После окончания программирования прибор БЭР отсоединяется от внешнего источника питания и начинает работать от встроенного первичного источника питания (ПИП). Вторичный источник питания (ВИП) формирует напряжение питания +3,3 В для всех узлов бортового блока. После перевода прибора БЭР на питание от встроенного ПИП он автоматически устанавливается в режим ожидания. Резервный источник питания (РИП) предназначен для поддержания номинального напряжения питания на входе ВИП при воздействии перегрузок. Основу РИП составляет источник тока с твердотельным органическим электролитом. При проектировании бортового прибора аппаратуры были проведены экспериментальные исследования воздействия ударных перегрузок на оба типа источников: ПИП и
В режиме ожидания таймер (Т) производит отсчет запрограммированного в режиме программирования времени ожидания. Остальные функциональные элементы прибора ЭРПВ - мультиплексор (МХ), входной аналоговый преобразователь (ВАП), компаратор (К), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство данных (ПЗУ данных) и УУС находятся в режиме пониженного энергопотребления. После окончания времени ожидания таймер вырабатывает для
РИП.
Рис. 2. Схема функциональная бортового регистратора
УУС сигнал "пробуждения". УУС в свою очередь переводит из пониженного энергопотребления в активный режим работы МХ, ВАП, К, ЦАП, АЦП и ОЗУ, производит их подготовку к работе, передавая в АЦП и ОЗУ конфигурационные данные. После завершения всех подготовительных операций прибор БЭР переключается в режим готовности к записи.
В режиме готовности к записи постоянно включены и работают все УН, МХ, ВАП, К, АЦП, ЦАП, ОЗУ, УУС. Переход в режим записи возможен двумя путями: либо по величине одного из сигналов ЭДКУ, либо по величине ударных перегрузок, действующих на бортовой блок аппаратуры регистрации. С точки зрения «чистоты» контроля параметров ЭДКУ второй вариант наиболее предпочтителен, поскольку независим от состояния последнего. В качестве первичного преобразователя величины перегрузки, воздействующей на систему «ЭДКУ-прибор БЭР» может быть использован встроенный в бортовой блок пьезокварцевый акселерометр.
Ударные перегрузки преобразуются датчиком (Д) в заряд, заряд с Д преобразуется входным аналоговым преобразователем (ВАП) в напряжение, напряжение с ВАП сравнивается с напряжением установленным на выходе ЦАП. Превышение величины напряжение с ВАП над величиной напряжения порога приводит к переводу прибора БЭР в режим записи.
Цифровые данные, формируемые АЦП, циклически записываются в буфер предыстории, расположенный в ОЗУ. Для записи цифровых данных АЦП использует программный доступ в ОЗУ. Для гарантированной записи начального участка сигналов используется алгоритм, в котором буфер предыстории разделяется на несколько частей (подбуферы). В течение времени, когда АЦП осуществляет запись в текущий подбу-фер, УУС анализирует состояние компаратора К на предмет превышения порогового уровня. Если УУС определило, что запрограммированный пороговый уровень напряжения не превышен, то для следующего цикла записи цифровых данных от АЦП назначается следующий подбуфер, который в данный момент содержит "устаревшие" цифровые данные. В случае, если УУС определило, что запрограммированный пороговый уровень напряжения превышен, то УУС ожидает окончание процесса записи данных от АЦП в текущий подбуфер и производит переключение прибора БЭР в режим записи. В результате, каждая из частей буфера предыстории содержит фрагмент предыстории сигналов на входе бортового блока. В режиме готовности к записи прибор БЭР может находиться длительное время, определяемое емкостью источника питания.
В режиме записи прибор БЭР находится только в течение времени, которое необходимо для заполнения цифровыми данными с АЦП буфера измерения, расположенного в ОЗУ. Размер буфера измерения зависит от требуемой частоты дискретизации и длительности измерения. После окончания записи буфера измерения УУС копирует буфер предыстории и буфер измерения из ОЗУ в энергонезависимое постоянное запо-
минающее устройство - ПЗУ данных. После завершения копирования данных из ОЗУ в ПЗУ данных прибор БЭР переключается в режим хранения.
В режиме хранения прибор БЭР обеспечивает энергонезависимое и долговременное хранение цифровых данных записанных в ПЗУ данных.
В режиме считывания прибор БЭР подключается к компьютеру посредством последовательного асинхронного интерфейса УАПП. Питание БЭР осуществляется от внешнего источника питания, расположенного в приборе БСТ. Режим считывания прибора БЭР инициализируется компьютером после чего УУС считывает данные из ПЗУ данных и передает их в компьютер.
Вторичный источник питания (ВИП) выполнен на основе импульсного ВС-ВС преобразователя с цепями фильтрации, обеспечивающими развязку цепей питания аналоговых схем от цепей питания цифровых схем. Импульсные помехи недопустимы для корректной работы аналоговых схем. Использование БС-БС преобразователя позволяет значительно увеличить КПД использования бортового источника питания и в случае необходимости предотвратить катастрофическое падение напряжения питание прибора БЭР.
Генератор (Г) обеспечивает общую синхронизацию работу бортового блока, за исключением режимов, в которых бортовой блок связан с компьютером. В этом случае работа встроенного генератора блокируется внешним тактовым сигналом генератора из прибора БСТ.
SUMMARY. A compact digital flight recorder writing measuring data in solid-state storage is created. The hardware consist of flight recorder mounted into cannon shell and ground-based equipment on basis of PC with special software.
