爆炸冲击波压力测验是对惯例兵器体系杀伤力点评的有用技能手段，可为兵器的威力比照，功用评价供给重要的依据。为了获取全体信息，往往需求在测验现场布设数目较多的测验设备。由冲击波超压经历公式剖析，超压峰值跟着弹药的当量和测点距爆心的间隔发生非常明显的改变。在实践测验中，要求测验体系依据试验目标和测验环境合理设置参数。传统的测验体系规划中，为了完结不同的测验使命，往往需求从头规划PCB电路。而规划新的体系不只花费较大作业量和本钱，而且开发周期长。别的，假使测验体系需求完善和晋级时，则难度较大。
本文依据不同环境下的冲击波压力测验需求，规划了可装备的FPGA软核，在硬件电路的基础上，经过移植可装备的软核，在较短的开发周期内，规划出测验参数可变的测验体系。处理了传统测验体系的开发周期长、本钱高、电路可复用性差等问题。对测验体系进行了试验验证后，使用到静爆测验中，有用获得了压力数据。结果标明，体系具有很高的牢靠性。
1 体系组成
因为测验环境恶劣而且爆炸存在极大的破坏性，极易形成测验体系的损坏。为了进步了体系的存活率和智能化，选用存储测验技能，将传感器及其调度电路、收集存储电路、电源等集成一体，构成一个可独立作业的细小体系。将其植入爆炸现场，完结冲击波信号收集与存储，试验完结后收回测验体系，由核算机回读数据并再现测验信息。测验体系整体组成如图1所示，硬件由ICP压力传感器、调度电路(程控扩大器、运算扩大器、低通滤波器)、AD转化器、FPGA、SDRAM存储器及USB芯片等组成。软件规划首要包含FPGA软核和上位机。上位机选用LabVIEW规划，具有杰出的人机交互界面，完结测验参数设置与回读，数据读取与显现的功用。
本文研讨重点是规划出满意不同测验环境下的压力测验体系可移植、可复用的软核。经过调用所需求的功用操控软核，合作周围电路，完结冲击波压力测验。
2 软核规划
FPGA具有可静态重复编程和可动态体系重构的长处，因而可经过编程来到达修正硬件功用的意图。软核规划是经过重复验证的、具有特别功用的宏模块，可使这些编程数据进行移植和修正。只要对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块进行装备后，即可完结相应的电路功用。同一FPGA输入装备好的软核，便可完结压力测验的逻辑功用。软核规划包含有：数据收集模块软核、参数设置模块软核、数据存储模块软核、USB通讯模块软核。
2.1 数据收集模块软核
时钟是同步电路体系规划的要害，体系选用了数字时钟办理单元(DCM)办理和操控时钟信号，以供给优质的时钟信号源。因为每次试验预备的时刻不同，而触发具有随机性，有可能在预备期间因现场搅扰形成体系误触发，导致测验失利。为了进步体系牢靠性和下降体系功耗，规划了守时和参数可变的功用。测验体系在现场安置好后，依据离弹药爆炸时刻设置守时长度。在守时时刻内体系处于低功耗形式而且只要内部计数器在作业，其他模块不作业。当守时完毕后，唤醒体系，加载事前设置好的测验参数，进入待触发形式，等候冲击波信号的到来，完结数据的收集与存储。数据收集模块作业流程图如图2所示。
2.2 参数设置软核规划
冲击波超压随弹药当量和距爆心的间隔改变而改变，试验前需依据布点的方位及测验目标，合理设置测验参数。首要包含：守时时长，触发电平、扩大倍数、采样频率、存储长度、负延时。参数设置模块原理图如图3所示，可经过上位机使用USB接口设置参数。
首要设定了一个合理的触发电平值，当AD芯片采样所得的电平值大于预设值时，则满意触发条件，否则不触发。冲击波信号一旦到来，此刻给收集操控模块一个信号以完结收集。然后依据测验环境猜测测点的压力巨细，以挑选合理的扩大倍数。模块供给了1M，2M等不同采样频率，以完结不同测验使命。为了完结能观测信号来之前的一段信息，设置了负延时，其巨细决议了触发前存储的长度。别的，也可对数据存储长度进行设置。以包容完好的信号为准则，对存储长度、负延时进行合理的设置，以保证冲击波压力信号的完好性和连续性。
2.3 数据存储软核规划
爆炸冲击波具有初值高、衰减快、继续时刻短等特色，其测验是一个瞬态进程。为了有用地捕抓冲击波压力信号，选用PCB公司的%&&&&&%P压电压力传感器，其呼应时刻小于1 us，一起存储器选用存取速度快的SDRAM。在AD收集完结后，不停地将数据循环存储到SDRAM中，一起原数据将会不断被新数据改写掩盖，当到达设定的存储长度后会中止掩盖，以存储有用的数据。数据存储模块原理规划如图4所示。
2.4 USB通讯模块软核及其时序仿真
测验体系与上位机的通讯是体系规划的要害环节。USB总线具有传输速度快、即插即用等长处。但杂乱的USB传输协议和驱动，很大程度上约束了体系的规划与开发。为此，USB芯片选用FT245R，其内部集成了USB协议，完结并行数据与串行数据的双向转化。体系的参数设置和数据读取是经过上位机完结的，上位机将相应的操控指令以串行数据存储在FT245R的内部接纳FIFO中;而FPGA的回读信号和数据则以8位并行数据存储在发送FIFO中。经过通讯模块软核操控FT245R，完结数据的传输。
为了验证通讯软核功用的正确性，使用Modelsim SE对其进行了时序仿真，如图5所示。先进行读操作，图中高亮的data_usb的前4个bytes数据，标明上位机从FPGA中回读的4个参数;然后进行写操作，图中data_usb的中心4个bytes数据标明上位机对FPGA设置的4个参数;而data_usb的最终2个bytes数据则标明上位机设置的2个指令。从时序图可得，rxf和rd、txe和wr的时序，与FT245R芯片读时序和写时序彻底相符，阐明该模块规划正确，功用满意要求。
3 体系功用验证
为了验证选用软核规划压力测验体系的准确性和牢靠性，进行了信号收集试验。首要使用Agilenl公司的33521A信号发生器，发生频率为1 kHz、幅值为2 V的正弦信号，如图6所示。然后设置测验体系的参数，详细包含扩大倍数：1倍，触发电平：1172，采样频率：1 M，负延时：64 k，存储长度：1 M。设置完结后，测验体系对正弦波信号进行收集。使用上位机经过USB接口读取收集数据，并将数据及测验信息进行显现，如图7所示。
由图可知：正弦信号实践频率为1.000 0 kHz、幅值为2.018 V，而收集到的波形频率为0.999kHz、幅值为2.012 V，测验差错为0.297%，满意规划要求，验证了测验体系的准确性。别的，图7右下方回读的测验信息与之前设置的参数共同，进一步验证了参数设置功用的正确性。
4 弹药静爆试验
将20 kg的某裸装弹药架高1.5 m进行静爆试验，依据测验要求并尽可能维护测验体系，将规划好的2套测验体系别离埋设于在同一直线上距爆心7.5 m、15 m处。依据经历公式，核算的冲击波超压峰值理论值别离为0.148 3 MPa，0.038 8 MPa。设置好合理的参数后，让其均处于守时状况，试验人员安全撤离后准时进行爆炸。试验完结后，回读数据。测验体系在7.5 m、15 m处测的冲击波超压峰值为0.139 2 MPa，0.034 3 MPa，挨近理论值，实测压力曲线如图8所示。屡次试验标明测验体系牢靠、安稳。
5 定论
针对不同环境下的冲击波压力测验，规划了可装备的FPGA软核，完结对周围硬件电路的操控，完结了瞬态冲击波压力信号的收集。依据不同测验条件，可对软核进行从头装备，完结体系快速规划，进步了电路复用性。测验体系在屡次实弹测验试验中得到了使用，其安稳性、牢靠性得到了验证，并能有用获取数据。
