[發(fā)明專利]一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710069831.8
• 申請(qǐng)日: 2017-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN106814211B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬;張寧超;宋春煥;任娟;兀偉;敬偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P3/68
• 分類號(hào): G01P3/68
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 莫文新

本發(fā)明公開了一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置包括光信號(hào)激發(fā)單元、光信號(hào)捕捉單元、光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)處理單元；所述光信號(hào)激發(fā)單元的信號(hào)輸出端與光信號(hào)捕捉單元的信號(hào)輸入端連接，光信號(hào)捕捉單元的信號(hào)輸出端與光電轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端連接，所述光電轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)處理單元的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明采用光纖探頭靶捕捉漫反射光源信號(hào)的方式，能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)發(fā)生碰撞前速度值的精密測(cè)量，基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置與方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸式、高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)、高量程等諸多優(yōu)異性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光測(cè)速領(lǐng)域，特別是涉及一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置與方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外普遍采用空氣炮實(shí)驗(yàn)來模擬高速設(shè)備的發(fā)射、運(yùn)動(dòng)、碰撞等過程。空氣炮高速?gòu)椡璋l(fā)生碰撞前的速度的精密測(cè)量，是實(shí)驗(yàn)重復(fù)性和獲得碰撞后相關(guān)參數(shù)和穩(wěn)定性能分析的保證，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用接觸靶、線圈靶和光幕靶作為觸發(fā)計(jì)時(shí)信號(hào)的區(qū)截方法。

采用接觸靶方案，其特點(diǎn)是需要在彈道上固定一個(gè)真實(shí)存在的靶面，彈丸通過該靶面時(shí)產(chǎn)生信號(hào)，用示波器記錄跳變時(shí)刻，計(jì)算速度。該方案原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度和量程上存在不足。

采用線圈靶方案，其特點(diǎn)是使用螺線管線圈感應(yīng)其產(chǎn)生的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，采集感應(yīng)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間，計(jì)算速度。該方案系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，但在抗干擾性和穩(wěn)定性上有所欠缺。

采用光幕靶方案，其特點(diǎn)是借助于激光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為光幕。彈丸穿過時(shí)引起光通量變化，經(jīng)光敏元件檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，放大整形轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，計(jì)算速度。該方案測(cè)量精度高，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性不高的缺點(diǎn)。

上述方法的共性都是定距離測(cè)時(shí)間，但是在機(jī)械設(shè)計(jì)和性能效率方面都有著不同程度的不足。經(jīng)過對(duì)測(cè)量速度范圍、穩(wěn)定性、抗干擾性等方面的綜合考慮，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)、高量程等諸多優(yōu)異性能的空氣炮彈丸測(cè)速裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置與方法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)發(fā)生碰撞前速度值的精密測(cè)量，基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置與方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸式、高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)、高量程等諸多優(yōu)異性能。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測(cè)速裝置包括光信號(hào)激發(fā)單元、光信號(hào)捕捉單元、光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)處理單元；所述光信號(hào)激發(fā)單元的信號(hào)輸出端與光信號(hào)捕捉單元的信號(hào)輸入端連接，光信號(hào)捕捉單元的信號(hào)輸出端與光電轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端連接，所述光電轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)處理單元的信號(hào)輸入端連接。

進(jìn)一步的，所述光信號(hào)激發(fā)單元包括空氣炮彈丸捕捉器、空氣炮彈丸和漫反射激光源，所述空氣炮彈丸捕捉器為直線非透明材質(zhì)管道，管道的內(nèi)徑與空氣炮彈丸最大直徑采用間隙配合，所述漫反射激光源在空氣炮彈丸捕捉器同軸心位置且與空氣炮彈丸捕捉器出口處維持等效無限遠(yuǎn)間距。

進(jìn)一步的，所述空氣炮彈丸捕捉器出口內(nèi)壁處設(shè)置兩個(gè)光纖探頭靶安裝孔。

進(jìn)一步的，所述光信號(hào)捕捉單元包括前光纖探頭靶和后光纖探頭靶，前光纖探頭靶和后光纖探頭靶分別內(nèi)嵌在空氣炮彈丸捕捉器管道內(nèi)壁設(shè)置的兩個(gè)光纖探頭靶安裝孔中，其中后光纖探頭靶靠近空氣炮彈丸捕捉器出口。

進(jìn)一步的，所述空氣炮彈丸作為測(cè)速目標(biāo)，空氣炮彈丸的彈頭表面經(jīng)過特殊涂層工藝處理，使空氣炮彈丸的彈頭表面具有增強(qiáng)漫反射光強(qiáng)的性能，所述空氣炮彈丸的彈頭表面特殊涂層在空氣炮彈丸軸線上的有效長(zhǎng)度L₁、空氣炮彈丸彈頭表面特殊涂層的最大直徑處的直徑前光纖探頭靶測(cè)量點(diǎn)和后光纖探頭靶測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于彈丸捕捉器的軸線距離L₂三者之間的關(guān)系滿足/