在各種密閉的移動艙室環(huán)境中，存在犬量氣體狀態(tài)污染物，這些氣體污染物以分子狀態(tài)存在，大部分為無機氣體，例如CO，NO2，H2S，LEL，VOC等。采用無線遙測技術(shù)實時采集和記錄車輛在靜止和行進過程中艙室內(nèi)的有害氣體、溫濕度等狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，以便分析有害氣體對艙室人員身心健康的影響。系統(tǒng)可實時監(jiān)測靜止及移動中密閉艙室環(huán)境中的多項指標(biāo)，測試數(shù)據(jù)可全部存儲，同時能通過無線方式實時傳送到數(shù)公里外監(jiān)控車上的監(jiān)測中心。
1 移動艙室內(nèi)的氣體環(huán)境
據(jù)不完全統(tǒng)計，坦克和裝甲車輛在行進和實戰(zhàn)過程中，車內(nèi)會產(chǎn)生大量的有害氣體，例如CO，NO2，H2S，SO2，CO2，LEL，VOC，NH3，HCN，苯、甲醛和粉塵污染，這些有害氣體和粉塵會對駕駛員、炮手及乘員的身心健康造成很大危害，車輛密閉環(huán)境中溫濕度對人體也有一定的影響。在坦克和裝甲車輛研制過程中，及時準(zhǔn)確地掌握移動艙室中各項環(huán)境參數(shù)，對車輛的改進設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)支撐。近來廣泛采用遙測遙控技術(shù)，并逐步實現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)的智能化。艙內(nèi)氣體類參數(shù)表見表1。
2 測試方法
監(jiān)測系統(tǒng)事先把有害氣體監(jiān)測儀安裝在艙室內(nèi)的固定位置上，在監(jiān)測過程中監(jiān)測儀將采集到的信號一方面進行本地存貯，另一方面通過RS 485接口協(xié)議送入遙測發(fā)射裝置，遙測發(fā)射裝置將接收到的數(shù)據(jù)流進行編碼，形成標(biāo)準(zhǔn)的PCM數(shù)據(jù)流送人發(fā)射機。發(fā)射機變成無線電波向空間發(fā)射出去，遙測地面監(jiān)測中心把這些信號接收下來進行處理并繪成曲線，這樣就可直觀地實時監(jiān)測到艙室在移動過程中的環(huán)境變化情況。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
遙測發(fā)射分系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。氣體類傳感器分系統(tǒng)將檢測到的氣體類測試數(shù)據(jù)打包，并通過RS 485數(shù)據(jù)總線接口給出。所有數(shù)據(jù)總線接口分別進入嵌入式PCM采集編碼器，進行數(shù)據(jù)采集編碼。
PCM采集編碼由程控模塊、時序控制模塊、輸出模塊等組成。把編碼器輸出的串行數(shù)據(jù)流送到發(fā)射設(shè)備進行調(diào)制、放大，并以足夠的功率從天線發(fā)射出去。
遙測地面監(jiān)測分系統(tǒng)的集成：遙測地面監(jiān)測分系統(tǒng)采用車載式便攜接收方案。系統(tǒng)除天線和低噪聲放大器外的所有接收單元均放在工控計算機內(nèi)。
3 系統(tǒng)組成及實現(xiàn)
3．1 傳感器的選型
選用美國RAE公司的PGM-2000，MultiRAEPGM-54，UItraRAE PGM-7200。這些國際先進的復(fù)合／單一性氣體檢測模塊，工作溫度為-20～+50℃，可在相對濕度為0％～95％的環(huán)境中正常工作；其鋰電池在充滿電后可連續(xù)工作10 h以上；具有先進的插入式“智能”毒氣傳感器。以上儀器均帶有RS 232接口，可提供通信協(xié)議。上述氣體檢測儀器的技術(shù)指標(biāo)見表2。
3．2 傳感器的安裝
艙室無線移動監(jiān)測系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計過程中存在以下特殊性，工作環(huán)境惡劣，內(nèi)部各分系統(tǒng)、零部件之間交叉較多；道路運輸及氣候條件使系統(tǒng)在設(shè)計過程中必須面臨高原、山地、沙漠、嚴(yán)寒、高溫以及抗輻射等特殊條件；密閉艙室空間狹小，對測量系統(tǒng)體積、形狀要求嚴(yán)格；測量系統(tǒng)設(shè)備多數(shù)為非標(biāo)設(shè)備，移動艙室內(nèi)部不能為測量設(shè)備提供永久性安裝空間和具體位置，只能臨時搭載，為測試設(shè)備的可靠安裝運行增加了難度。在充分調(diào)研和宴車考察的基礎(chǔ)上。針對每一種測試設(shè)備，分別設(shè)計出不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝方式。系統(tǒng)由兩個獨立的單元組成，每個單元由主箱和付箱組成，主箱和付箱由跳線連接，跳線長度約2 m。主箱可以獨立地連接到整體系統(tǒng)，付箱依附主箱才能上作。氣體類測試分系統(tǒng)實物布局如圖3所示。
測試儀器內(nèi)部采用EVA緩沖材料，柔性鈑金支撐，可承受強沖擊。氣體類測試分系統(tǒng)在移動艙室內(nèi)的安裝示意圖如圖4所示，在主箱和付箱4立棱上配置多處拉環(huán)，用高強度捆扎帶與駕駛椅牢固捆綁。
3．2 數(shù)據(jù)采編和傳輸
氣體類傳感器將檢測到的氣體類測試數(shù)據(jù)打包，通過RS 485數(shù)據(jù)總線接口給出。所有數(shù)據(jù)總線接口分別進入嵌入式PCM采集編碼器進行數(shù)據(jù)采集編碼。
PCM采集編碼由程控模塊、時序控制模塊、輸出模塊等組成。把編碼器輸出的串行數(shù)據(jù)流送到發(fā)射設(shè)備進行調(diào)制、放大，并以足夠的功率從天線發(fā)射出去。本系統(tǒng)采用FPGA技術(shù)對被測參數(shù)的接口、采集和編碼功能的一體化進行設(shè)計，可使得該編碼模塊具有編程靈活，集成度高，速度快，在線可編程的特點。采集編碼器的路數(shù)和輸出碼速率都可在線配置。發(fā)射機采用模塊化設(shè)計，整機由調(diào)制模塊、線性功放和二次開關(guān)電源模塊組成，這樣選配不同的模塊可以構(gòu)成不同點頻，不同頻率，不同調(diào)制信號形式和不同碼率的發(fā)射機。車載發(fā)射天線采用全向天線，其增益大于5 d Bi。
3．3 數(shù)據(jù)接收與處理
數(shù)據(jù)的接收處理在遠(yuǎn)處的監(jiān)測站進行，該系統(tǒng)以工控PC機為平臺，以PCI總線為紐帶，將高頻信道、視頻解調(diào)和計算機聯(lián)系起來，組成一個有機的整體。系統(tǒng)除了天線和低噪放大器外，其余部份都插入計算機的擴展槽內(nèi)。系統(tǒng)主要功能部件都集．中在計算機內(nèi)，因此系統(tǒng)操作管理方便。天線和低噪放大器都安裝在可以收拆的活動三角支架上，因此系統(tǒng)攜帶和架設(shè)都非常方便。遙測數(shù)據(jù)處理設(shè)備如圖5所示。
4 實車搭載試驗
2008年在某車輛標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練場地進行了5 km動態(tài)實車測試，定點測試試驗車輛行駛過程示意圖如圖6所示，監(jiān)測車輛在試驗場中心位置靜止不動，被測試車輛運動，距離小于5 km，被測試車輛以小于等于100 km／h的速度行駛。在試驗行駛過程中，對系統(tǒng)的主要功能和指標(biāo)進行連續(xù)測試和存儲，采用備用電池或車載電瓶給系統(tǒng)供電，測試時間為1～2 h。遙測地面站獲得了被測車內(nèi)氣體類環(huán)境參數(shù)，圖7為數(shù)據(jù)處理結(jié)果之一。
5 結(jié) 語
采用氣體類各種檢測模塊，通過無線遙測的方法，使遠(yuǎn)方的監(jiān)測站可靠地獲得移動艙室內(nèi)各種有害氣體的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過試驗證明，該方法是切實可行的。該種測試方法可以對各種坦克及裝甲車輛的人-機-環(huán)的研制與改進提供有力的數(shù)據(jù)支撐。