基于单片机的冲击波探测处理系统设计

　　引言

　　现代海战中, 潜艇对水面舰艇的威胁非常大。平时水面舰艇组织反潜训练和演习十分必要。若在实弹反潜训练中运用真潜艇, 不仅花费巨大, 而且对潜艇具有极大的破坏性。针对这种情况, 有必要研制一种在反潜训练或实弹攻潜演习时可以模拟潜艇的训练设备。本文提出了基于单片机的水下爆炸冲击波超压信号探测处理单片机系统, 能探测反潜武器在水下爆炸时产生的冲击波大小, 判断该次攻击是否有效, 并用有色烟雾作出简单醒目的指示。

　　1 设计思想

　　水下爆炸对目标毁伤主要依靠的是冲击波的峰值超压、冲量、能流密度等, 在已知装药性质和目标性质的情况下, 通过转换, 可以简单的用冲击波峰值超压来判断毁伤情况。以火箭深水炸弹30千克TNT装药为基准当量装药, 以25米为基准偏差值, 其它当量的装药在水中爆炸时, 根据探测到的冲击波峰值超压信号, 可以按照水下爆炸的冲击波峰值压力533经验公式, 换算成基准当量装药在某一距离处产生的超压峰值信号, 这一距离即等效偏差距离。如果等效偏差距离不大于25米, 就判断为对潜艇攻击有效, 并驱动发烟药柱点火, 用有色烟雾进行明确的指示。为了便于后期分析处理, 同时将炸点的等效偏差距离、爆炸时间等信息记录下来。

　　2 硬件实现

　　2.1 系统原理

　　系统原理框图如图1所示, 中间的核心部分称作偏差录示器, 它能把传感器探测到的水压峰值超压信号换算成等效偏差距离, 并把偏差距离记录下来供后续分析, 如果偏差小于某一基准偏差值, 则点燃发烟药柱指示攻击有效。

　　偏差录示器封装在铸铝的防水壳体里。偏差录示器上有两个FQ型防水插座, 其中, 5芯插座连接发烟柱和计算机RS232 接口; 7芯插座连接传感器, 同时, 传感器插头起电源开关的作用。

　　偏差录示器所配的附件有:压电式压力传感器、点火电缆、通讯电缆、自检插头。

　　工作时, 7芯插座插上传感器, 5芯插座插上发烟柱。自检时, 7芯插头插上自检插头, 5芯插座插上通讯电缆。偏差录示器工作软件固化在单片机上; 计算机与偏差录示器通讯软件由软盘提供, 使用时安装到计算机硬盘上。

　　2.2 电路原理

　　2.2.1 传感器

　　传感器采用压电式压力传感器, 响应频率大于10kHz。

　　2.2.2 信号调理电路

　　信号调理电路, 由限幅电路、绝对值电路、峰值保持电路组成。调理电路以两块运算放大器为核心组成。

　　由于传感器的灵敏度较高, 在距爆炸点较近时, 其信号电压可能超过信号调理电路的寻呼范围。限幅电路将输入电压限制在可接受的范围内, 防止电压过高击穿元器件。