一种x光光幕初速测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种X光光幕初速测量装置，包括前X光光幕、后X光光幕、探针、前X光处理电路、后X光处理电路、前X光光幕速度处理模块、后X光光幕速度处理模块和平均速度计算模块，探针设置在枪炮管身上，前X光光幕和后X光光幕平行设置于弹丸火线上，前X光光幕与前X光处理电路连接，前X光光幕速度处理模块分别与前X光处理电路和平均速度计算模块连接，后X光光幕与后X光处理电路连接，后X光光幕速度处理模块分别与后X光处理电路和平均速度计算模块连接。本发明在枪炮口发射的后效区内准确捕捉弹丸的有效过靶信号,并且通过测量得到的有效过靶信号计算出弹丸飞过前后两个光幕靶的瞬时速度以及弹丸穿过两个光幕靶中心的平均速度。
【技术领域】
[0001 ]本发明属于测试计量领域，具体设及一种X光光幕初速测量装置。 -种X光光幕初速测量装置
【背景技术】
[0002] 炮口初速是表征常规兵器、弹药及弹道特性的重要指标参数之一。在射击武器和 弹药产品的科研、生产及产品试验过程中，初速参数的检测都是必不可少的。目前使用较多 的测速方法有两类:第一类是接触式，接触式区截祀虽然工作可靠，易于实现，但效率低和 影响弹丸飞行是很不利的缺点，不能用于高精度、高要求的测量，因此接触式区截祀逐步被 非接触式区截祀所代替。第二类是非接触式，但是由于发射过程中炮口会产生大量的炮口 烟和强光福射，电磁炮发射时炮口还会产生大量的等离子体，运使得一般的线圈祀、光电祀 无法正常工作于枪炮口，只能放置于弹丸运行的后效区外。
[0003] 弹丸飞出炮口后，经过后效区作用测得的炮口初速Vo并非弹丸脱离炮口瞬间的实 际飞行速度，而是在假设弹丸脱离炮口后仅受空气阻力和重力作用条件下，由后效区外弹 道段上实际飞行速度外推至炮口的速度，由于弹丸在离开炮口后燃气流在后效区对弹丸仍 有一定加速作用，所W外推出的初速并不准确。因此，如何在强烈炮口烟焰干扰下准确测定 弹丸速度，特别是正确提供炮口动能具有重要意义。杨波在《X射线中间弹道仪》(核电子与 探测技术）中公开了一种利用X射线来测量炮口弹丸速度的测试系统，利用区截技术记录两 路X射线光幕祀时间差，从而计算出弹丸飞行的平均速度，但此方法X光机需要手动开启关 闭，会使设备长时间打开，影响设备寿命，信号的后续处理电路不能很好的滤除干扰信号， 只能测出弹丸运行的平均速度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种X光光幕初速测量装置，应用于枪炮口强烈火焰及等 离子体等复杂环境下，在枪炮口发射的后效区内准确捕捉弹丸的有效过祀信号，并且通过 测量得到的有效过祀信号计算出弹丸飞过前后两个光幕祀的瞬时速度W及弹丸穿过两个 光幕祀中屯、的平均速度。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种X光光幕初速测量装置，包括前X光光幕、 后X光光幕、探针、前X光处理电路、后X光处理电路、前X光光幕速度处理模块、后X光光幕速 度处理模块和平均速度计算模块，探针设置在枪炮管身上，前X光光幕和后X光光幕平行设 置于弹丸火线上，前X光光幕与前X光处理电路连接，前X光光幕速度处理模块分别与前X光 处理电路和平均速度计算模块连接，后X光光幕与后X光处理电路连接，后X光光幕速度处理 模块分别与后X光处理电路和平均速度计算模块连接。
[0006] 所述前X光光幕包括前X光机、前光幕窄缝铅板、前X光接收电路探测器和支撑架， 前X光机嵌在前光幕窄缝铅板的窄缝中，前X光接收电路探测器固定在支撑架上，前光幕窄 缝铅板和支撑架平行设置，前X光机发出的X光光幕被前X光接收电路探测器接收，所述X光 光幕与弹丸火线垂直。
[0007] 所述后X光光幕包括后X光机、后光幕窄缝铅板、后X光接收电路探测器和支撑架， 后X光机嵌在后光幕窄缝铅板的窄缝中，后X光接收电路探测器固定在支撑架上，后光幕窄 缝铅板和支撑架平行设置，后X光机发出的X光光幕被后X光接收电路探测器接收，所述X光 光幕与弹丸火线垂直。
[0008] 所述前X光处理电路包括依次连接的前光电转换电路、前放大电路和前整形电路， 后X光处理电路包括依次连接的后光电转换电路、后放大电路和后整形电路，两个X光接收 电路探测器接收到微弱的光通量变化分别通过前光电转换电路和后光电转换电路电路将 其转化为一个微弱的电流变化，经过后续的前放大电路和后放大电路输出一个可W供测试 系统使用的数字信号。
[0009] 所述前X光光幕速度处理模块包括依次连接的前化L锁相环模块、前脉冲宽度检测 模块、前计数与计数补偿模块和前瞬时速度计算模块，前脉冲宽度检测模块再与前放大电 路连接，前瞬时速度计算模块与平均速度计算模块连接。
[0010] 后X光光幕速度处理模块包括依次连接的后化L锁相环模块、后脉冲宽度检测模 块、后计数与计数补偿模块和后瞬时速度计算模块，后脉冲宽度检测模块再与后放大电路 连接，后瞬时速度计算模块与平均速度计算模块连接。
[0011] 脉冲宽度检测模块用于鉴别干扰信号和弹丸过祀信号，脉冲宽度检测模块所使用 的时钟由化L锁相环模块通过将FPGA的基准时钟倍频得到，通过缩小单个脉冲的脉宽来提 高脉冲宽度检测模块的判定精度，计算上述信号的脉冲宽度，根据脉冲宽度的不同，区分弹 丸信号、干扰信号，计算公式如下：
[0012]
(1. 1)
[0013] 式（1.1)中1表示物体的长度，d表示X射线探测器的有效感光直径，V表示物体的速 度，t为脉冲宽度。
[0014] 所述瞬时速度计算模块计算出弹丸飞过前X光光幕和后X光光幕的瞬时速度，公式 如下：
[0015]
(1.2)
[0016] 其中Vx是弹丸穿过光幕的瞬时速度，1表示物体的长度，d表示X射线探测器的有效 感光直径，N是脉冲计数值，T是单个脉冲的脉宽。
[0017] 所述平均速度计算模块计算弹丸飞过前后两个X光幕的平均速度，公式如下：
[001 引 （1.3)
[0019]共T，Va足巧凡飞行的平均速度，Vxi是弹丸飞过前X光幕祀的瞬时速度，VX2是弹丸 飞过后X光幕祀的瞬时速度。
[0020] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1)在炮口设置探针，用于产生前X光机 和后X光机的触发信号，可W使前后X光幕自动打开，运样可W减少X光机工作时间，延长使 用寿命。
[0021] (2)前X光机和后X光机中，使用X射线作为光幕光源，分别通过前光幕窄缝铅板和 后光幕窄缝铅板将X射线变成窄光幕，用于在强烈炮口烟焰、大量等离子体的枪炮口有效捕 捉弹丸过祀信号。
[0022] (3)在前X光接收电路探测器和后X光接收电路探测器中使用的X光探测器有效感 光长度是已知的，X光光幕宽度略大于探测器的长度，瞬时速度计算时，可W根据前X光接收 电路探测器和后X光接收电路探测器的有效感光长度来代替光幕厚度，减少了对光幕厚度 的精确度要求。
[0023] (4)过祀信号经过X光光电转换电路、放大电路两路会在脉冲宽度检测模块进行信 号处理，计算出两路信号的脉冲宽度，根据需要来设置脉冲宽度的范围，从而滤出干扰信 号，并且分别计算出弹丸通过前X光幕和后X光幕的瞬时速度。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明一种X光光幕初速测量装置的结构示意图。
[0025] 图2是本发明一种X光光幕初速测量装置的处理电路和处理模块的结构框图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0027] 结合图1和图2，一种X光光幕初速测量装置，包括前X光光幕、后X光光幕、探针2、前 X光处理电路10、后X光处理电路11、前X光光幕速度处理模块12、后X光光幕速度处理模块13 和平均速度计算模块14,探针2设置在枪炮管身1上，前X光光幕和后X光光幕平行设置于弹 丸火线9上，前X光光幕与前X光处理电路10连接，前X光光幕速度处理模块12分别与前X光处 理电路10和平均速度计算模块14连接，后X光光幕与后X光处理电路11连接，后X光光幕速度 处理模块13分别与后X光处理电路11和平均速度计算模块14连接。
[0028] 所述前X光光幕包括前X光机3、前光幕窄缝铅板4、前X光接收电路探测器5和支撑 架，前X光机3嵌在前光幕窄缝铅板4的窄缝中，前X光接收电路探测器5固定在支撑架上，前 光幕窄缝铅板4和支撑架平行设置，前X光机3发出的X光光幕被前X光接收电路探测器5接 收，所述X光光幕与弹丸火线9垂直。
[0029] 所述后X光光幕包括后X光机6、后光幕窄缝铅板7、后X光接收电路探测器8和支撑 架，后X光机6嵌在后光幕窄缝铅板7的窄缝中，后X光接收电路探测器8固定在支撑架上，后 光幕窄缝铅板7和支撑架平行设置，后X光机6发出的X光光幕被后X光接收电路探测器8接 收，所述X光光幕与弹丸火线9垂直。
[0030] 探针2用于检测弹丸发射信号，此信号用于启动前X光机3和后X光机6,前X光机3和 后X光机6启动一段时间会自动关闭，运段时间足够弹丸穿过两个X光光幕。前X光接收电路 探测器5和后X光接收电路探测器8分别将捕捉到的弹丸过祀信号对应传入前X光处理电路 10和后X光处理电路11中进行光电转换、滤波、放大和整形，在前X光光幕速度处理模块12和 后X光光幕速度处理模块13中将上一步处理好的信号进行抗干扰处理，分别计算出弹丸通 过两个X光光幕祀的瞬时速度，在平均速度计算模块14中计算弹丸飞行的平均速度。
[0031] 前X光处理电路10包括依次连接的前光电转换电路19、前放大电路21和前整形电 路23,后X光处理电路11包括依次连接的后光电转换电路20、后放大电路22和后整形电路 24，X射线可W有效地穿透炮口产生的强烈炮口烟焰和大量等离子体，然而却不能完全穿透 弹丸本身，两个X光接收电路探测器接收到微弱的光通量变化分别通过前光电转换电路19 和后光电转换电路20电路将其转化为一个微弱的电流变化，经过后续的前放大电路21和后 放大电路22输出一个可W供测试系统使用的数字信号。
[0032] 前X光光幕速度处理模块12包括依次连接的前化L锁相环模块25、前脉冲宽度检测 模块27、前计数与计数补偿模块29和前瞬时速度计算模块31，前脉冲宽度检测模块27再与 前放大电路21连接，前瞬时速度计算模块31与平均速度计算模块14连接。后X光光幕速度处 理模块13包括依次连接的后化L锁相环模块26、后脉冲宽度检测模块28、后计数与计数补偿 模块30和后瞬时速度计算模块32,后脉冲宽度检测模块28再与后放大电路22连接，后瞬时 速度计算模块32与平均速度计算模块14连接。
[0033] 在脉冲宽度检测模块(前脉冲宽度检测模块27和后脉冲宽度检测模块28)中分别 进行脉冲计数和计数补偿，脉冲计数是将捕捉到的弹丸过祀信号所包含的脉冲时钟数计算 出来，脉冲计数过程中会损失一部分脉冲信号进行边沿检测来校验过祀信号上升沿的稳定 到来，在此之后通过编程进行脉冲计数补偿，将补充损失的脉冲。
[0034] 脉冲宽度检测模块(27、28)可W鉴别干扰信号和弹丸过祀信号，脉冲宽度检测模 块所使用的时钟基准由化L锁相环模块倍频得到，W此提高脉冲宽度检测的判定精度，运些 信号的脉冲宽度都可W计算出来，根据脉冲宽度的不同，就可W区分弹丸信号、干扰信号， 根据计算公式1.1:
[0035]
CL 1)
[0036] 式（1.1)中1表示物体的长度，d表示X射线探测器的有效感光直径，V表示物体的速 度，t为脉冲宽度。
[0037] 假设X射线探测器的有效感光直径d = 8mm，弹丸的长度l = 50mm，弹丸的最快飞行 速度v = 2000m/s，则弹丸穿过光幕产生的最窄脉冲宽度t为：
[00；3 引
[0039] 假设X射线探测器的有效感光直径d = 8mm，弹丸的最长长度l = 50mm，弹丸的最慢 飞行速度v = 800m/s，则弹丸穿过光幕产生的最宽脉冲宽度t为：
[0040；
[0041] 由上述分析可得，弹丸穿过光幕产生的脉冲信号宽度最窄为29iis，最宽为72.5iis， 可知测得的脉冲宽度在29iis~72.5iis之间才是有效过祀信号，此方法可W有效的滤除干扰 信号产生的干扰，如信号输出脉宽不在预设的数值之间则将其滤除，实际实验中，根据不同 的弹丸可W设置不同的脉冲宽度范围进行检测。脉冲信号宽度需要探测器响应时间精度在 微秒级，本发明使用器件需要具有输入阻抗高、转换速率快、单位增益带宽积大、噪声小的 特点，满足对于高速弹丸信号的响应。
[0042] 对经过脉冲宽度检测模块(前脉冲宽度检测模块27和后脉冲宽度检测模块28)的 两路信号分别在计数及计数补偿模块中进行脉冲计数和计数补偿，。根据计算公式（1.2)， 在瞬时速度计算模块中计算出弹丸飞过前X光光幕和后X光光幕的瞬时速度。
[0043]
(1.2)
[0044] 式（I.2)中，Vx是弹丸穿过光幕的瞬时速度，I表示物体的长度，d表示X射线探测器 的有效感光直径，N是脉冲计数值，T是单个脉冲的脉宽。
[0045] 最后根据平均速度计算公式（1.3)在平均速度计算模块14中计算出弹丸飞过前后 两个X光幕的平均速度。
[0046]
(1.3)
[0047] 式（1.3)中，Va是弹丸飞行的平均速度，Vxi是弹丸飞过前X光光幕的瞬时速度，Vx2是 弹丸飞过后X光光幕的瞬时速度。
【主权项】
1. 一种X光光幕初速测量装置，其特征在于:包括前X光光幕、后X光光幕、探针（2)、前X 光处理电路（10)、后X光处理电路（11)、前X光光幕速度处理模块（12)、后X光光幕速度处理 模块（13)和平均速度计算模块（14 )，探针(2)设置在枪炮管身（1)上，前X光光幕和后X光光 幕平行设置于弹丸火线(9)上，前X光光幕与前X光处理电路（10)连接，前X光光幕速度处理 模块（12)分别与前X光处理电路（10)和平均速度计算模块（14)连接，后X光光幕与后X光处 理电路（11)连接，后X光光幕速度处理模块（13)分别与后X光处理电路（11)和平均速度计算 模块(14)连接。2. 根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述前X光光幕包括前X 光机(3)、前光幕窄缝铅板(4)、前X光接收电路探测器(5)和支撑架，前X光机(3)嵌在前光幕 窄缝铅板(4)的窄缝中，前X光接收电路探测器(5)固定在支撑架上，前光幕窄缝铅板(4)和 支撑架平行设置，前X光机(3)发出的X光光幕被前X光接收电路探测器(5)接收，所述X光光 幕与弹丸火线(9)垂直。3. 根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述后X光光幕包括后X 光机(6)、后光幕窄缝铅板(7)、后X光接收电路探测器(8)和支撑架，后X光机(6)嵌在后光幕 窄缝铅板(7)的窄缝中，后X光接收电路探测器(8)固定在支撑架上，后光幕窄缝铅板(7)和 支撑架平行设置，后X光机(6)发出的X光光幕被后X光接收电路探测器(8)接收，所述X光光 幕与弹丸火线(9)垂直。4. 根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述前X光处理电路（10) 包括依次连接的前光电转换电路(19 )、前放大电路(21)和前整形电路(23 )，后X光处理电路 (11)包括依次连接的后光电转换电路(20)、后放大电路(22)和后整形电路(24)，两个X光接 收电路探测器接收到微弱的光通量变化分别通过前光电转换电路（19)和后光电转换电路 (20)电路将其转化为一个微弱的电流变化，经过后续的前放大电路(21)和后放大电路(22) 输出一个可以供测试系统使用的数字信号。5. 根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述前X光光幕速度处理 模块(12)包括依次连接的前PLL锁相环模块(25 )、前脉冲宽度检测模块(27 )、前计数与计数 补偿模块(29)和前瞬时速度计算模块(31 )，前脉冲宽度检测模块(27)再与前放大电路(21) 连接，前瞬时速度计算模块(31)与平均速度计算模块(14)连接； 后X光光幕速度处理模块（13)包括依次连接的后PLL锁相环模块(26)、后脉冲宽度检测 模块(28)、后计数与计数补偿模块(30)和后瞬时速度计算模块(32)，后脉冲宽度检测模块 (28)再与后放大电路(22)连接，后瞬时速度计算模块(32)与平均速度计算模块(14)连接； 脉冲宽度检测模块用于鉴别干扰信号和弹丸过靶信号，脉冲宽度检测模块所使用的时 钟基准由PLL锁相环模块倍频得到，以此提高脉冲宽度检测的判定精度，计算上述信号的脉 冲宽度，根据脉冲宽度的不同，区分弹丸信号、干扰信号，计算公式如下：a. 1) 式（I. 1)中1表示物体的长度，d表示X射线探测器的有效感光直径，V表示物体的速度，t 为脉冲宽度。6. 根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述瞬时速度计算模块 计算出弹丸飞过前X光光幕和后X光光幕的瞬时速度，公式如下：Cl, 2) 其中Vx是弹丸穿过光幕的瞬时速度，1表示物体的长度，d表示X射线探测器的有效感光 直径，N是脉冲计数值，T是单个脉冲的脉宽。7.根据权利要求1所述的X光光幕初速测量装置，其特征在于:所述平均速度计算模块 (14)计算弹丸飞过前后西个X光幕的平均速度，公式如下：(1. 3) 其中，Va是弹丸飞行的平均速度，Vn是弹丸飞过前X光幕靶的瞬时速度，Vx2是弹丸飞过 后X光幕靶的瞬时速度。
【文档编号】G01P3/68GK106018869SQ201610505294
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】顾金良, 周彤, 夏言, 罗红娥
【申请人】南京理工大学