身管是火炮等速射武器的核心部件,对整个系统的性能和寿命至关重要,其主要作用是将弹丸以一定速度发射至膛口。弹丸在身管膛内的运动参数关乎着弹丸出膛的速度、能量和轨迹,是对弹丸射击精度研究的重要参数。在工作过程中身管承受着高温、高压等冲击载荷,导致其寿命是整个武器系统中最短的部件之一。因此,为了保障火炮的安全运行,针对身管剩余寿命、材料改进的研究仍是重点研究方向。身管外壁在弹丸发射时的高过载环境下的应变数据为身管的剩余寿命、材料分析与弹丸运动参数等研究提供了数据支撑,因此火炮身管外壁应变采集系统研究就显得尤为重要。本文分析了身管外壁在高过载环境下的应变采集系统的功能需求与技术指标,完成了火炮身管外壁高过载环境下的应变采集系统的整体设计与平台搭建。本文主要从以下几个方面进行研究:1)分析了基于身管应变的火炮特性研究现状以及基于应变数据的采集系统研究现状。主要阐述了当前基于应变数据的火炮身管寿命预测、故障诊断与弹丸膛内运动参数等研究进展,以及当前基于应变数据的采集系统的主要测量方法包括接触式测量与非接触式测量的研究现状。并介绍了基于电阻应变片的应变信号采集技术的基本原理,为系统设计提供了理论支撑;2)为实现身管外壁应变数据采集,本文针对电阻应变效应设计应变测量电路,将电阻值变化转化为模拟电压信号变化。并设计了信号调理电路将应变测量电路输出的电压信号进行放大、隔离处理。且为了消除身管本身曲度对电阻应变片造成的影响,采用了STM32+DAC的方式对采集通道的初始电压进行调平;3)为提高多通道应变采集的同步性以及系统的整体性能,采用FPGA+ARM的方式实现主控制器的设计,利用FPGA硬件并行、用户IO数丰富的特点实现了40通道应变数据的同步采集、缓存,利用ARM的高性能、低功耗易移植操作系统的优点完成数据的存储、传输以及与上位机的命令交互;4)分模块完成系统软件设计,包括下位机软件与上位机软件两部分。下位机部分,分别完成了STM32的调平软件设计;FPGA的多通道同步采集控制、数据缓存、PCIe通信程序设计;主控ARM的嵌入式Linux系统平台搭建以及基于嵌入式Linux系统的PCIe通信、数据存储、以太网通信程序设计。上位机部分,采用G语言在Lab VIEW平台进行上位机的人机界面设计,实现数据下载,命令交互、本地数据存储与查询等功能;5)经过上述的研究完成整个应变测量系统的搭建,并搭建测试平台验证系统的功能与技术指标。分别测试了上位机功能、40通道同步性、采样率以及微应变采集等功能或性能指标均符合要求和预期。