張曉榮,王保成,郝 勇 ,徐文寬,秦慧嫻,2,袁明昱,2

(1. 中國(guó)科學(xué)院 空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 光電學(xué)院，北京 100049)

0 引言

平流層飛艇是一種輕于空氣的飛行器，主要由飛艇囊體、能源系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、載荷艙構(gòu)成。工作在臨近空間，主要依靠空氣浮力實(shí)現(xiàn)駐空及可控飛行[1]。在橋梁、飛行器、船舶等大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中，應(yīng)變是能夠反映材料或結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的重要參數(shù)，應(yīng)變同樣是反應(yīng)飛艇工作狀態(tài)的重要參數(shù)[2]。飛艇蒙皮的完整是飛艇系統(tǒng)正常工作的基本保證，蒙皮材料是飛艇的核心結(jié)構(gòu)。因此對(duì)飛艇囊體應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)，其研究目的在于能在線監(jiān)視囊體的應(yīng)變情況。飛艇的主體結(jié)構(gòu)是充氣的球體，飛艇主囊體采用柔性二維正交各向異性的性復(fù)合材料。在正常工作狀態(tài)下的飛艇，飛艇的蒙皮受到內(nèi)外壓差的作用，會(huì)處于雙向拉伸的狀態(tài)，由于飛艇囊體厚度遠(yuǎn)小于飛艇的長(zhǎng)度，整體結(jié)構(gòu)在受載情況下容易發(fā)生較大的變形甚至破壞，此時(shí)蒙皮的應(yīng)變情況是蒙皮是否處于健康狀態(tài)的重要指示，同時(shí)也能夠?yàn)轱w艇的安全運(yùn)行提供可靠數(shù)據(jù)保障[3]。目前，在對(duì)類似飛艇囊體的柔性應(yīng)變的監(jiān)測(cè)技術(shù)種類較少，且測(cè)量精度和及時(shí)性不能同時(shí)滿足，所以針對(duì)這一待解決的問題提出了基于ZYNQ的應(yīng)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以對(duì)工作狀態(tài)的飛艇囊體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

針對(duì)大型結(jié)構(gòu)應(yīng)變的測(cè)量，一般分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量[4]，其中最傳統(tǒng)的方法是使用電測(cè)法和光纖應(yīng)變傳感器測(cè)量方法[5]，但是前者耗電，測(cè)量精度低，而且對(duì)使用環(huán)境要求高，易受電磁干擾。后者雖然可靠性高但是受溫度敏感溫度-應(yīng)變交叉敏感性影響，應(yīng)變測(cè)量靈敏度低，且不能滿足實(shí)際工程應(yīng)用環(huán)境中雙參量測(cè)量的需求[6-7]?；谝陨蠝y(cè)量方法，提出一種基于ZYNQ的應(yīng)變測(cè)量方法，該方法靈敏度、分辨率高而且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量[8]。應(yīng)用范圍可以推廣至其他大型工程結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)或者位移的測(cè)量中，具有良好的普適性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

根據(jù)飛艇囊體設(shè)計(jì)分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，囊體應(yīng)變較大的區(qū)域是最大直徑處(個(gè)別特殊應(yīng)力集中點(diǎn)暫不考慮)，且其環(huán)形應(yīng)變遠(yuǎn)大于軸向應(yīng)變。囊體超壓通常也是沿經(jīng)線撕裂。因此，飛艇囊體應(yīng)變監(jiān)測(cè)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)囊體最大直徑處的環(huán)形應(yīng)變。浮空器中心研制了多個(gè)型號(hào)的飛艇，有長(zhǎng)度從30～100 m的多個(gè)規(guī)格，且進(jìn)行了多次應(yīng)變測(cè)試試驗(yàn)，根據(jù)所在中心的試驗(yàn)報(bào)告可以得到，囊體最大直徑處的環(huán)形應(yīng)變不會(huì)超過0.5%，考慮囊體設(shè)計(jì)安全系數(shù)，其破裂應(yīng)變大約在1%左右。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)可知整體的應(yīng)變測(cè)量裝置可以放置于經(jīng)線方向。

根據(jù)薄壁圓筒理論，傳統(tǒng)飛艇設(shè)計(jì)分析中縱向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力可采用近似公式：

(1)

(2)

其中：σa為縱向應(yīng)力，σr為環(huán)向應(yīng)力，p為艇囊內(nèi)外壓差。r(x)為艇囊截面曲率半徑，t為艇囊壁厚。設(shè)置厚度0.1 cm，內(nèi)壓為1 000 Pa。根據(jù)以上設(shè)置可得如圖1所示的飛艇受力云圖。根據(jù)飛艇受力應(yīng)變?cè)茍D可以看出，蒙皮受到的應(yīng)力呈環(huán)狀均勻變化，在飛艇軸向曲率最小的腹部，應(yīng)力值達(dá)到極大值，在飛艇的鼻端應(yīng)力分別達(dá)到極小值，這與實(shí)際結(jié)果也是相符合的[9]。所以在應(yīng)變測(cè)量過程中需要集中考慮囊體腹部沿經(jīng)線方向的應(yīng)變情況。之后設(shè)計(jì)的應(yīng)變測(cè)量裝置參考飛艇受力應(yīng)變?cè)茍D沿經(jīng)線方向在飛艇腹部多點(diǎn)粘貼。

圖1 飛艇受力應(yīng)變?cè)茍D

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，整個(gè)應(yīng)變測(cè)量裝置由兩個(gè)粘貼片粘貼在飛艇囊體上，其中CCD線陣傳感器和光源初始分別固定在囊體表面上相距一定距離位置，并且通過機(jī)械約束結(jié)構(gòu)使得光照方向時(shí)刻與線陣CCD感光面保持垂直關(guān)系。兩個(gè)粘貼片分別與光源和CCD傳感器固連。當(dāng)囊體受到拉力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，兩個(gè)粘貼片的位置會(huì)隨著囊體受力而發(fā)生相對(duì)位移ΔL，此時(shí)的光源和CCD線陣傳感器的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化,而其位置變化量也為ΔL。同時(shí)CCD線陣傳感器實(shí)時(shí)感知并記錄下光源相對(duì)CCD的移動(dòng)，計(jì)算位移與兩個(gè)粘貼點(diǎn)的原始距離之間的比值即得到應(yīng)變?chǔ)?ΔL/L。

圖2 應(yīng)變測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖

雖然囊體表面為弧形，需要在設(shè)計(jì)方案過程中要考慮消除曲率帶來的影響，但是通常飛艇直徑較大，而應(yīng)變傳感器尺寸較小，因此這種影響很小，在研究初期不納入考慮范圍[10]。同時(shí)由于CCD作為光電傳感器屬于積分型元器件，靈敏度高所以采用單獨(dú)光源，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作上需要保證整體結(jié)構(gòu)密閉、避光、防塵、防射線，以保證CCD工作狀態(tài)良好，不受外界環(huán)境干擾。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

飛艇囊體的應(yīng)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要以ZYNQ7020為主控芯片，整體包含光源系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、AD采集模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、FIFO數(shù)據(jù)緩存、串口傳輸模塊、SD存儲(chǔ)卡模塊。應(yīng)變測(cè)量裝置數(shù)據(jù)傳輸邏輯如圖3所示，首先整體系統(tǒng)復(fù)位初始化，之后由ZYNQ PL端產(chǎn)生TCD1500以及AD9238的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在光電作用下，TCD1500將每個(gè)周期產(chǎn)生的5 340個(gè)包含光照信息的模擬電壓值的數(shù)據(jù)傳輸至AD9238中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后在模數(shù)轉(zhuǎn)換中將包含位移信息的光強(qiáng)信息數(shù)值化。AD9238將采集的信息傳輸至ZYNQ的PL端，PL端將接收的數(shù)據(jù)傳輸至FIFO進(jìn)行緩存，通過ZYNQ中的AXI4數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至PS端的DDR中進(jìn)行后處理，由于CCD的數(shù)據(jù)信息大且采樣速率快，這勢(shì)必占據(jù)過多的資源，而且從飛艇飛行狀態(tài)監(jiān)測(cè)來看，需要傳輸?shù)臓顟B(tài)量很多，并不需要根據(jù)應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)控制或操作，所以將采用1次/s的速率將實(shí)時(shí)信息通過串口傳輸至地面計(jì)算機(jī)上。同時(shí)為了保證每次飛行數(shù)據(jù)的完整性，并且方便每次飛行后數(shù)據(jù)分析，需要保證數(shù)據(jù)真實(shí)、完整、詳細(xì)。所以將所有數(shù)據(jù)存入SD卡中。在經(jīng)過多次飛行驗(yàn)證后也可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析獲得得到光照界限，將精確的光照信號(hào)二值化，轉(zhuǎn)化為0、1二值信號(hào)，使得傳輸更快捷、高效、直觀。

圖3 應(yīng)變測(cè)量裝置數(shù)據(jù)傳輸邏輯圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要功能為在飛艇工作過程中實(shí)現(xiàn)飛艇囊體應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所以需要對(duì)選用一維線性CCD器件對(duì)位移信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),選用的CCD芯片為TOSHIBA公司的TCD1500C，包含5 340個(gè)像元，每個(gè)像元尺寸為7 μm×7 μm×7 μm，光敏區(qū)域包含高靈敏度且低暗電壓信號(hào)的二極管，并且采用DIP22的雙列直插型的封裝形式。TCD1500C的小尺寸、低暗電流、高靈敏度的響應(yīng)特點(diǎn)，能夠滿足飛艇囊體的應(yīng)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)的測(cè)量精度、速度和穩(wěn)定性的需求。同時(shí)由于CCD具有靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大、像素劃分精度高等特點(diǎn)，所以光源選擇亮度和光源效率更高的發(fā)光二極管[11]。

ZYNQ是Xilinx公司推出的一款可擴(kuò)展處理器平臺(tái)，性能高、功耗低，包含一個(gè)可編程邏輯(PL)和兩個(gè)Cortex-A9處理器(PS)，通過AXI協(xié)議進(jìn)行通信。在此設(shè)計(jì)中ZYNQ主要實(shí)現(xiàn)的功能為:1)TCD1500C以及AD提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；2)采集數(shù)據(jù)并且存儲(chǔ)；3)對(duì)接收的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；4)將處理后的信息傳回地面計(jì)算機(jī)上以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控。本設(shè)計(jì)選用ZYNQ芯片基于以下原因：1)ZYNQ芯片的FPGA能夠?yàn)門CD1500和AD9238提供嚴(yán)格的時(shí)序驅(qū)動(dòng);2)ZYNQ的Cortex 處理器支持FATFS文件系統(tǒng)模塊，能夠大大縮短開發(fā)周期;3)在技術(shù)成熟后計(jì)劃升級(jí)為面陣CCD元器件進(jìn)行多向的應(yīng)變監(jiān)測(cè)，在圖像處理中，ZYNQ的PL處理速度和能力配合PS的控制效果是單核MCU無法達(dá)到的;4)在后續(xù)開發(fā)中計(jì)劃將其他檢測(cè)模塊集成，例如溫度、壓差傳感器及作動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且由于高空傳輸資源稀少，可以在板上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果簡(jiǎn)化發(fā)往地面。使得該設(shè)計(jì)逐漸完善成為成熟的健康監(jiān)測(cè)模塊。

2.1 TCD1500C驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

線陣CCD的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由主控芯片ZYNQ產(chǎn)生，TCD1500C的供電電壓的典型值為12 V，典型工作電壓為5 V。但是ZYNQ的I/O常規(guī)口為3.3 V，與12 V的工作電壓不匹配，若直接使用ZYNQ I/O口驅(qū)動(dòng)將無法工作。所以在本設(shè)計(jì)中采用反相器TC74HC04P，將TCD1500C的輸入信號(hào)進(jìn)行取反并升壓，提高ZYNQ輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和負(fù)載能力，使得輸入電壓滿足TCD1500C工作電壓。[12]TCD1500驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，根據(jù)對(duì)TC74HC04P的手冊(cè)分析可知，當(dāng)其供電電壓大于4.5 V時(shí)，反相器的輸出電壓大于3.84 V，滿足CCD驅(qū)動(dòng)電路要求[13]。

圖4 TCD1500驅(qū)動(dòng)電路

2.2 AD9238 外圍電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用AD9238進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將TCD1500的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為精確的數(shù)字信號(hào)，AD9238支持兩路AD輸入轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)一套應(yīng)變裝置同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的應(yīng)變信息，極大的降低了測(cè)量成本。AD9238是ADI公司生產(chǎn)的12 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該AD芯片采用3.3 V供電，采樣速率為40 MSPS，測(cè)量精度為10 mV，工作方式為流水線式[14]。符合本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度。

信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用影響著人們的思想觀念、行為習(xí)慣及日常生活，也給各行各業(yè)帶來巨大變化。在電工培訓(xùn)中，這種影響和變化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

AD9238的驅(qū)動(dòng)配置及供電電路如圖5所示，每個(gè)通道的信號(hào)值通過兩個(gè)SMA接口輸入，根據(jù)電阻配置將輸入的電壓配置為-6～+6 V的范圍。將AD配置成Offset Binary模式，根據(jù)電路設(shè)計(jì)可知當(dāng)輸入為-6 V時(shí)，AD9238的轉(zhuǎn)換數(shù)值最小，當(dāng)輸入為+6 V時(shí)，轉(zhuǎn)換的數(shù)字值最大。

2.3 電源電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中主要用到的電壓有4種分別是12 V，5 V，3.3 V，-5 V。其中TCD1500C信號(hào)采集部分采用12 V供電，之后將12 V轉(zhuǎn)化為5 V，采用LM2596S芯片轉(zhuǎn)換。LM2596S是一款電源管理單片集成電路的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性良好?！? V采用MC34063A芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該芯片是一種能夠用以升壓和降壓的用于直流-直流轉(zhuǎn)換控制的電源芯片，其中還包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用串口協(xié)議將數(shù)據(jù)從ZYNQ中傳入上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。RS422相比其他協(xié)議具有支持全雙工差分傳輸優(yōu)勢(shì)，傳輸距離超長(zhǎng)，且傳輸速率高，適合TCD1500C的視頻信息傳輸[15]。本結(jié)構(gòu)主要使用MAX3490芯片作為電平轉(zhuǎn)換芯片。使用的開源FAT文件系統(tǒng)模塊來控制SD卡，F(xiàn)ATFS的編寫遵循 ANSI C，因此不依賴于硬件平臺(tái)，F(xiàn)ATFS為小型的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，系統(tǒng)支持長(zhǎng)文件名稱，支持兩級(jí)文件夾。FATFS系統(tǒng)主要包含3層，分別是：接口層、協(xié)議層、應(yīng)用層。本設(shè)計(jì)通過調(diào)用FATFS來完成SD卡存儲(chǔ)及緩存[16]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要采用Verilog和C兩種語(yǔ)言，其中Verilog主要用于ZYNQ的PL端編程，主要包含TCD1500C的驅(qū)動(dòng)時(shí)序設(shè)計(jì)、AD9238的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)采集，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)緩存模塊[17]以及RS422 串行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模塊。C語(yǔ)言主要用于外部存儲(chǔ)單元讀取、存儲(chǔ)DDR數(shù)據(jù)以及上位機(jī)編寫及控制。

3.1 CCD驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)序設(shè)計(jì)

根據(jù)CCD的工作原理可知[18]，TCD1500C的正常工作需要四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別是：RS(復(fù)位脈沖)、SH(光積分脈沖)、SP(采樣保持脈沖)、e1(驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖)。TCD1500C正常采集光信號(hào)的必備條件有：要有嚴(yán)苛的時(shí)序要求、滿足工作電壓、CCD信號(hào)輸出與AD采集同步。在e1信號(hào)的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)作用下，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為的電荷的產(chǎn)生、儲(chǔ)存以及轉(zhuǎn)移，最后將所有電荷信號(hào)依次驅(qū)動(dòng)導(dǎo)出至OS端口[19]。

上述工作都是由驅(qū)動(dòng)電路來完成，根據(jù)時(shí)序分析可知，e1的時(shí)序?yàn)?.5 MHz，占空比為1∶1，SP的頻率典型值為1 MHz。采樣保持脈沖SP的相位比RS慢1 μs，輸出復(fù)位脈沖RS為1 MHz，占空比為1：3[20]。ZYNQ在硬件語(yǔ)言Verilog的描述中提供SH、e1、RS、SP的四路時(shí)序信號(hào)。通過vivado的仿真功能可以得到如圖6所示的TCD1500驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖，可知完全符合datasheet的時(shí)序邏輯要求，且經(jīng)硬件電路驗(yàn)證，以下信號(hào)時(shí)序符合TCD1500正常工作時(shí)序。

圖6 TCD 1500驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖

3.2 A/D采集時(shí)序設(shè)計(jì)

AD9238支持雙通道的信號(hào)采集，輸出為3.3 V的CMOS的輸出模式，兩路信號(hào)相互獨(dú)立，使用相互獨(dú)立的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通道。在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿，F(xiàn)PGA采集信號(hào)[21]。AD9238驅(qū)動(dòng)時(shí)序如圖7所示。

圖7 AD9238驅(qū)動(dòng)時(shí)序

3.3 數(shù)據(jù)讀寫模塊設(shè)計(jì)

AXI總線協(xié)議是ARM公司開發(fā)的一套SOC總線標(biāo)準(zhǔn)，用于SOC設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)模塊之間的互聯(lián)操作。AXI4協(xié)議是基于猝發(fā)機(jī)制的高帶寬、高性能、低延時(shí)的總線。該協(xié)議主要包含有寫地址、寫數(shù)據(jù)、寫響應(yīng)、讀數(shù)據(jù)、讀響應(yīng)5個(gè)部分組成。主機(jī)和從機(jī)之間通過互相發(fā)送VAILD和READY信號(hào)來完成握手。同時(shí)AXI的寫響應(yīng)通道實(shí)現(xiàn)從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)出寫交易的完成信號(hào)。由于TCD1500C信號(hào)傳輸頻率高且信息量大，無法將數(shù)據(jù)從PL端傳入PS端，所以使用AXI HP總線實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存DDR的讀寫訪問[23]。系統(tǒng)總體控制信號(hào)設(shè)計(jì)流程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)總體控制信號(hào)設(shè)計(jì)流程圖

在vivado中建立bd文件如圖9所示，根據(jù)系統(tǒng)bd框圖可知：系統(tǒng)中有一個(gè)AXI_Interconnect作為PL和PS接口。新建包含AXI-Lite和AXI-Full協(xié)議的IP核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在ARM和FPGA中互傳。使用該IP核可以傳輸大量數(shù)據(jù)，AXI_HP可以訪問PS端DDR內(nèi)存，此外通過AXI-Lite傳輸PS端對(duì)PL端的控制信息、突發(fā)長(zhǎng)度等參數(shù)，通過AXI-Full將大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至DDR中。AXI_GP端口主要用作ARM處理器訪問寄存器的通道。同時(shí)該IP核可以完成對(duì)外部硬件電路控制及驅(qū)動(dòng)。

圖9 ZYNQ總體及使用資源圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過前期對(duì)電路的設(shè)計(jì)及測(cè)試，搭建實(shí)物連接如圖9所示，主要包括ZYNQ開發(fā)套件、TCD1500數(shù)據(jù)采集板、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。整體使用外部12 V供電，經(jīng)調(diào)試可以完成上位機(jī)的收發(fā)及SD卡緩存。達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。數(shù)據(jù)信息可以通過AXI的WRITE DATA通道顯示數(shù)據(jù)的近似模擬量來顯示在CCD的數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)信號(hào)，將數(shù)據(jù)處理為一維線性如圖10所示。

圖10 采集數(shù)據(jù)示意圖

通過在vivado的bd設(shè)計(jì)中添加system-ila可以看到通過AXI協(xié)議將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫入DDR4中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在PL與PS間的互傳及TCD1500數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸及監(jiān)測(cè)。

TCD1500C的像元間距為7 μm，即尺寸分辨率為7 μm。像元數(shù)量為5 000左右，則總有效敏感總長(zhǎng)度為35 mm。因此，根據(jù)囊體最大應(yīng)變1%的需求，兩個(gè)粘貼點(diǎn)之間的最大間距為35 mm/1%=3 500 mm。根據(jù)項(xiàng)目總體目標(biāo)應(yīng)變測(cè)量精度0.1%的要求，則兩個(gè)粘貼點(diǎn)之間的最小間距為7 μm/0.1%=7 mm。因此兩個(gè)粘貼點(diǎn)之間的間距區(qū)間為7～3 500 mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)ZYNQ采集TCD1500的前端數(shù)據(jù)源，將應(yīng)變測(cè)量問題轉(zhuǎn)化為位移的數(shù)據(jù)采集，針對(duì)高空飛艇的特殊應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種用于高空飛艇囊體的應(yīng)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ARM+FPGA 的SOC技術(shù)，通過使用AXI4總線協(xié)議使得大量數(shù)據(jù)從PL端傳入PS端從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸至外部存儲(chǔ)設(shè)備以及在上位機(jī)上的顯示，系統(tǒng)具備體積小、功耗低、精度高、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。滿足囊體應(yīng)變?cè)诰€監(jiān)測(cè)要求。