用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统的制作方法
【专利摘要】用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，属于地面超高速撞击模拟实验领域，本发明为解决现有轻气炮毫米级弹丸速度测量方法精度低；成功率低，需要重复试验，导致试验成本高的问题。本发明包括激光测速仪、激光发射装置、激光光幕接收装置、测速信号显示装置和测速通道，轻气炮弹丸发射装置的出口端连接测速通道，测速通道相对面上设置激光发射装置和激光光幕接收装置，激光光幕接收装置的测速信号输出端连接激光测速仪的测速信号输入端，激光测速仪的显示信号输出端与测速信号显示装置的显示信号输入端相连。
【专利说明】用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量轻气炮毫米级弹丸速度的实验装置，属于地面超高速撞击模拟实验领域。
【背景技术】
[0002]在轻气炮超高速撞击实验中，撞击速度是描述空间碎片状态，分析碎片和防护层材料动态特性的一个最重要参数，因此在地面超高速撞击模拟实验中必须准确测得实验弹丸的速度。但是在实验中弹丸发射速度很高(一般在每秒几千米的速度量级上)，尺寸比较小(现在主要研究的是毫米级弹丸)，并且弹丸材料包含金属和非金属，所以在实验中对弹丸速度的测量既是一个重点，也是一个难点。
[0003]轻气炮通常使用磁感应测速方法测量弹丸速度，这种方法结构简单，经济性好，但是弹丸材料必须是导体材料，否则得不到感应信号，而且当弹丸体积过小时，感生电流的磁场不能引起原磁场的明显变化，从而导致测速的失败。为解决上述问题，人们又发展了激光测速系统并在轻气炮上获得了成功应用。对于激光测速方法而言，现有遮断式激光光束测速法遇到了弹丸偏离轴线过多时将无法遮断光束而导致测速失败的困难。
[0004]上述方法的精度低，对于速度小于7km/s、质量大于1.5mg的铝制弹丸进行测量时成功率低,需要多次重复试验,导致试验成本很高。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了解决现有轻气炮毫米级弹丸速度测量方法精度低；成功率低，需要重复试验，导致试验成本高的问题，提供了一种用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光.遮挡式测速系统。
[0006]本发明所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，它包括激光测速仪、激光发射装置、激光光幕接收装置、测速信号显示装置和测速通道，
[0007]轻气炮弹丸发射装置的出口端连接测速通道，测速通道相对面上设置激光发射装置和激光光幕接收装置，激光光幕接收装置的测速信号输出端连接激光测速仪的测速信号输入端，激光测速仪的显示信号输出端与测速信号显示装置的显示信号输入端相连。
[0008]本发明的优点:本发明所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统可对速度小于7km/s、质量大于1.5mg的铝制弹丸进行0.0lm/级别的精确速度测量，提高了弹丸速度的测量精度，减少了因速度测量不准而产生的重复试验，进而降低了试验成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统的结构不意图；[0010]图2是本发明所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统的弹丸测速原理图；
[0011]图3是红光半导体激光器的结构示意图；
[0012]图4是图3的右视图；
[0013]图5是硅光二极管光电探测器的结构示意图；
[0014]图6是图5的右视图；
[0015]图7是激光测速仪的具体电路图。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，它包括激光测速仪1、激光发射装置2、激光光幕接收装置3、测速信号显示装置4和测速通道6，
[0017]轻气炮弹丸发射装置5的出口端连接测速通道6，测速通道6相对面上设置激光发射装置2和激光光幕接收装置3，激光光幕接收装置3的测速信号输出端连接激光测速仪I的测速信号输入端，激光测速仪I的显示信号输出端与测速信号显示装置4的显示信号输入端相连。
[0018]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，激光发射装置2包括η个红光半导体激光器2-1，激光光幕接收装置3包括η个硅光二极管光电探测器3-1，η个红光半导体激光器2-1和η个娃光二极管光电探测器3-1构成η组光幕发射接收结构，η组光幕发射接收结构的光幕平行，每组光幕发射接收结构包括I个红光半导体激光器2-1和I个硅光二极管光电探测器3-1，该组光幕发射接收结构中的红光半导体激光器2-1发射的光幕被该组中的硅光二极管光电探测器3-1接收，η为自然数，且η=3-10。
[0019]激光发射装置2所获取光幕的高度为20mm,宽度为2mm,波长为650nm,并且光强可以调节。
[0020]激光光幕接收装置3的光敏面直径为1mm，响应时间为22ns，灵敏度为0.62 μ A/μ W，暗电流为50ηΑ，结电容为30pf，响应频谱范围为400 μ m?1100 μ m。
[0021]【具体实施方式】三:下面结合图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，激光测速仪I包括测速信号Ι/v转换电路7和信号放大电路8，测速信号I/V转换电路7的测速信号输入端连接激光光幕接收装置3的测速信号输出端，测速信号I/V转换电路7的电压信号输出端连接信号放大电路8的电压信号输入端，信号放大电路8的输出端连接测速信号显示装置4的显示信号输入端。
[0022]【具体实施方式】四:下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，红光半导体激光器2-1包括激光器2-1-1、第一可旋转套筒2-1-2、第一凸透镜2-1-3和第一光栅2-1-4 ;激光器2_1_1的出光口连接第一可旋转套筒
2-1-2的进光口，第一可旋转套筒2-1-2的出光口由里至外依次设置有第一凸透镜2-1-3和第一光栅2-1-4。
[0023]激光发射装置2采用红光半导体激光器作光源，一方面，激光光幕接收装置3对该波长光具有较高的响应度。另外一方面，红光是可见光，为实验中光幕的接收和调试带来了方便。[0024]【具体实施方式】五:下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，硅光二极管光电探测器3-1包括硅光二极管3-1-1、第二可旋转套筒3-1-2、第二凸透镜3-1-3和第二光栅3-1-4 ;第二可旋转套筒3_1_2的进光口设置有硅光二极管3-1-1，第二可旋转套筒3-1-2的出光口由里至外依次设置第二凸透镜3-1-3和第二光栅3-1-4 ;硅光二极管3-1-1设置在第二凸透镜3-1-3的焦点位置。
[0025]由于激光光幕接收装置3的光敏面小于光幕高度，为了光幕任何位置的光通量变化都能被检测到，所以在激光光幕接收装置3的前面，需要对光幕进行汇聚，因此，利用透镜汇聚整个光幕，并聚焦到激光光幕接收装置3的光敏面上。第二凸透镜3-1-3选用直径为25.4謹，焦距为38.1謹的平凸透镜。
[0026]工作原理:轻气炮发射弹丸测速时，安装在轻气炮测速段的激光光幕接收装置3接收激光发射装置2发射的光信号，并将该光信号转化成电流信号输入激光测速仪1，激光测速仪I对输入的电流信号进行ΙΛ转换和对电压信号进行放大，然后将放大的电压信号输入测速信号显示装置4中，显示的得到弹丸发射速度。
[0027]其中，η个红光半导体激光器2-1和η个硅光二极管光电探测器3_1构成η路通路平行激光光幕。弹丸飞行时，依次穿越布置在弹道上的η路平行激光光幕，激光光幕接收装置3接收的光信号发生变化，因此激光光幕接收装置3产生的电信号也发生变化，经过激光测速仪I对信号的放大，在测速信号显示装置4上会显示相应的波形(波峰)。当弹丸依次通过η路平行光幕时，测速信号显示装置4会显示η个波形，通过η个波峰时间差，可得出弹丸穿过四光幕的时间差At，若已知光幕之间的距离LS，则可以计算出弹丸的速度V=LS/Δ to
[0028]弹丸通过光幕时，遮挡弹丸面积大小的光幕，激光光幕接收装置3接收到光信号发生变化，通过光电转换，电信号发生微小的变化，然后对电信号进行放大滤波处理。整个测速仪I分为两部分，分别为测速信号Ι/ν转换电路7和信号放大电路8。测速信号I/V转换电路7主要提供两种可选光电转换模式，即串联偏置电阻情形和互阻抗放大器形式，进行光电转换。信号放大电路8是将测速信号感应部分送来的小信号进行放大处理，然后送到测速信号显示装置4进行判读显示。
【权利要求】
1.用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，其特征在于，它包括激光测速仪(I)、激光发射装置(2)、激光光幕接收装置(3)、测速信号显示装置(4)和测速通道(6), 轻气炮弹丸发射装置(5 )的出口端连接测速通道(6 )，测速通道(6 )相对面上设置激光发射装置(2 )和激光光幕接收装置(3 )，激光光幕接收装置(3 )的测速信号输出端连接激光测速仪(I)的测速信号输入端，激光测速仪(I)的显示信号输出端与测速信号显示装置(4)的显示信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，其特征在于，激光发射装置(2 )包括η个红光半导体激光器(2-1)，激光光幕接收装置(3 )包括η个硅光二极管光电探测器(3-1 )，η个红光半导体激光器(2-1)和η个硅光二极管光电探测器(3-1)构成η组光幕发射接收结构，η组光幕发射接收结构的光幕平行，每组光幕发射接收结构包括I个红光半导体激光器(2-1)和I个硅光二极管光电探测器(3-1)，该组光幕发射接收结构中的红光半导体激光器(2-1)发射的光幕被该组中的硅光二极管光电探测器(3-1)接收，η为自然数，且η=3-10。
3.根据权利要求1所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，其特征在于，激光测速仪(I)包括测速信号I/V转换电路(7)和信号放大电路(8)，测速信号I/V转换电路(7)的测速信号输入端连接激光光幕接收装置(3)的测速信号输出端，测速信号ΙΛ转换电路(7)的电压信号输出端连接信号放大电路(8)的电压信号输入端，信号放大电路(8)的输出端连接测速信号显示装置(4)的显示信号输入端。
4.根据权利要求1所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，其特征在于，红光半导体激光器(2-1)包括激光器(2-1-1)、第一可旋转套筒(2-1-2)、第一凸透镜(2-1-3)和第一光栅(2-1-4);激光器(2-1-1)的出光口连接第一可旋转套筒(2-1-2)的进光口，第一可旋转套筒(2-1-2)的出光口由里至外依次设置有第一凸透镜(2-1-3)和第一光棚(2-1-4)。
5.根据权利要求1所述用于测量轻气炮毫米级弹丸速度的激光光幕遮挡式测速系统，其特征在于，硅光二极管光电探测器(3-1)包括硅光二极管(3-1-1)、第二可旋转套筒(3_1_2)、第二凸透镜(3_1_3)和第二光栅(3_1_4);第二可旋转套筒(3_1_2)的进光口设置有硅光二极管(3-1-1)，第二可旋转套筒(3-1-2)的出光口由里至外依次设置第二凸透镜(3-1-3)和第二光栅(3-1-4);硅光二极管(3-1-1)设置在第二凸透镜(3-1-3)的焦点位置。
【文档编号】G01P3/68GK103592458SQ201310556457
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】张伟, 邓云飞, 祁楷峰, 张欣宇, 任鹏, 宋林 申请人:哈尔滨工业大学