一种圆柱面光幕测速装置及其测速方法与流程

本发明涉及靶场测试技术领域，具体涉及一种圆柱面光幕测速装置及其测速方法。

背景技术：

在各类身管武器、子弹、发射药以及战斗部的研制和生产中，为了有效评判该类武器的作用效能，需准确测量弹丸或破片的飞行速度。目前在武器生产校验靶场中较为常用的测速方法是区截装置测速装置配合测时仪的方法，即沿弹丸飞行速度方向间隔一定距离放置两台测速装置，通过测量弹丸穿过两个测量装置时输出信号的时间，计算出弹丸的平均飞行速度。目前常用的测速装置主要分为接触类和非接触类两种，其中接触类测速装置主要有铜丝断靶和锡箔通靶两种，当弹丸穿过测速装置探测靶面所在平面位置时，断开或接通相应的电气回路，输出弹丸过靶信号；非接触类测速装置主要由线圈靶、天幕靶和光幕靶，其中线圈靶在通电状态下形成特定的磁场，当弹丸穿过时切割磁力线，感应出电信号，输出过靶信号。天幕靶采用光电探测器件配合狭缝光阑、光学镜头接收太阳光能量，在空间形成扇形光幕平面，当飞行弹丸穿过光幕平面时，探测器件接收到的光能量瞬时减少，经信号处理电路输出弹丸过靶信号；光幕靶自带人工光源，多个led或半导体激光器排列成直线阵列，与直线形探测器件阵列相向安装，形成矩形探测光幕平面，当弹丸穿过光幕平面时，输出弹丸过靶信号。相比于接触式测速装置，非接触测速装置具有不干扰弹丸飞行轨迹，灵敏度高，测量精度高等优点，已得到广泛使用。

但是，现有的各类非接触测速装置形成的探测光幕(或靶面)均为平面，在使用中仍然存在着以下的问题：1、平面光幕探测装置仅适合单一方向射击或已知预定弹道方向时的速度测量：因为目前非接触测速装置的探测光幕(或靶面)均为平面，测量弹丸飞行速度时，需确保弹丸飞行轨迹垂直或近似垂直于探测靶面，否则无法保证速度的测量精度；2、难以保证战斗部静爆产生的所有破片均在测试范围内，导致试验失败：近年来，随着新型弹药武器的发展，对测速装置也有了新的要求，当被测物为战斗部时，由于战斗部爆炸后破片飞行轨迹不规则，其内部的预制破片会在水平面沿任意角度飞行，且飞行方向事先不可知，所以即便在战斗部四周布放数套平面区截测速装置，也会有破片从两套装置间的空隙穿过，此时将无法测量出破片的飞行速度，因测试的不完整，导致试验失效。

技术实现要素：

本发明为解决无法测量任意方向飞行的破片的速度的问题，提供一种圆柱面光幕测速装置及其测速方法，其有效探测靶面为圆柱形，通过布放同圆心的光源和接收装置形成内、外圆柱形光幕面，从而实现任意方向飞行的预制破片飞行速度的测量。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种圆柱面光幕测速装置，其特征在于：包括第一圆环形光源、第二圆环形光源、第一圆环形接收装置、第二圆环形接收装置；

所述的第一圆环形光源与第一圆环形接收装置直径相同；第二圆环形光源和第二圆环形接收装置的直径相同；

所述的第一圆环形光源和第二圆环形光源同心设置并通过第一连杆连接成一平面；第一圆环形接收装置和第二圆环形接收装置同心设置并通过第二连杆连接成一平面；两平面上下设置并通过第三连杆连接成双层圆柱，所述的第一圆环形光源的光线被第一圆环形接收装置接收形成内侧圆柱形光幕面；第二圆环形光源的光线被第二圆环形接收装置接收形成外侧圆柱形光幕面；

第一圆环形光源和第二圆环形光源的外侧壁上分别设置有光源供电插座；

第一圆环形接收装置和第二圆环形接收装置的外侧壁上分别设置有接收装置插座。

所述的第一圆环形光源和第二圆环形光源通过空心圆柱腔体内设置的圆环形光源电路板，圆环形光源电路板上设置有若干个led灯形成圆环形led阵列形成。

所述的第一圆环形接收装置和第二圆环形接收装置的结构由空心圆柱腔体内设置的圆环形接收装置电路板，圆环形接收装置电路板上设置有若干个光电接收器形成圆环形光电接收器阵列组成。

所述的圆环形led阵列的光源出射方向的圆周上和圆环形光电接收器阵列接收光电方向的圆周上分别设置有圆环形狭缝光阑。

所述的圆环形led阵列中的led为子弹头形led发光管，发光波长为940nm，发光视场为锥状视场，led发光管的正极相互连接，通过限流电阻与光源供电插座的电源端连接，led发光管的负极相互连接，与光源供电插座的地线端连接，2个光源供电插座通过电缆与供电电源连接。

所述的圆环形光电接收器件阵列由pin形光电二极管构成，其响应峰值波长为940nm，外形为子弹头形，其接收视场为锥状视场，pin形光电二极管的负极相互连接，通过偏置电阻连接到正电源供电端，pin形光电二极管的负极为信号输出端，pin形光电二极管的正极相互连接，连接到电源的地线端，电源和信号输出均通过接收装置插座和电缆连接到信号处理装置。

所述的第一连杆、第二连杆和第三连杆分别均匀设置有3个。

一种圆柱面光幕测速装置的测速方法的步骤为：

1)将圆柱面光幕测速装置竖直放置于水平地面上，确保内、外侧圆柱形光幕面均垂直水平面，且两圆柱形光幕形成圆环的半径差为s；

2)通过电缆连接光源供电插座与供电电源，通过电缆连接接收装置插座(9)与信号处理装置，接通供电电源和信号处理装置的电源；

3)将待测试爆炸物放置在距离地面一定高度的支撑平台上，支撑台的高度不大于第三连杆的高度，同时确保爆炸物在圆柱形光幕面圆心所在竖直直线上；

4)当爆炸物爆炸时，产生的破片依次穿过内侧圆柱形光幕面和外侧圆柱形光幕面，破片穿过光幕面时，相应光幕面的光电接收器件接收到的光源发出的光通量发生变化，经过信号处理装置输出相应的电脉冲信号，通过测时仪测量出破片穿过两个光幕面的时间间隔t；

5)根据所测量得到的时间t和两个光幕面之间的距离s，计算出破片穿越两个圆柱形光幕面的平均飞行速度v：

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明装置的光幕面由内外侧圆柱光幕面构成，在空间任意方向均可实现区截测速，即内侧光幕面为启动光幕，外侧光幕面为停止光幕，当位于装置中间的爆炸物爆炸后，破片沿任意方向飞出，依次传过启动光幕和停止光幕，在已知两光幕间距和破片穿过两个的时间后，便可实现同一平面内任意方向飞行破片的速度测量；

2、本发明装置的光源和接收装置是通过连杆固定连接的，所以在使用前布靶方便快捷，且结构简单；

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明装置光源、接收装置的固定示意图；

图3是本发明装置圆环形接收装置结构示意图；

图4是本发明装置圆环形光源结构示意图；

图5是本发明装置光源电路示意图；

图6是本发明装置接收装置电路示意图；

图7是本发明装置狭缝光阑固定示意图；

图8是本发明装置测试任意角度飞行速度示意图；

图9是本发明装置测试战斗部破片飞行速度示意图。

图中标记：1-第一圆环形光源；2-第二圆环形光源；3-第一连杆；4-光源供电插座；5-第二连杆；6-第一圆环形接收装置；7-第二圆环形接收装置；8-第三连杆；9-接收装置插座；10-内侧圆柱形光幕面；11-外侧圆柱形光幕面；12-圆环形狭缝光阑；13-爆炸物；14-圆环形接收装置电路板；15-圆环形光电接收器件阵列；16-圆环形光源电路板；17-圆环形led阵列；18-支撑平台；19-连接点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种圆柱面光幕测速装置参见图1-图7，包括第一圆环形光源1、第二圆环形光源2、第一圆环形接收装置6、第二圆环形接收装置7；

所述的第一圆环形光源1与第一圆环形接收装置6直径相同；第二圆环形光源2和第二圆环形接收装置7的直径相同；

所述的第一圆环形光源1和第二圆环形光源2同心设置并通过均匀设置的3个第一连杆3连接成一平面，相邻两杆的夹角为120度；第一圆环形接收装置6和第二圆环形接收装置7同心设置并通过均匀设置的3个第二连杆8连接成一平面，且每相邻两杆的夹角为120度；两平面上下设置且外侧通过均匀设置的3个第三连杆5连接成双层圆柱(一体化圆柱面光幕测速装置)，所述的第一圆环形光源1的光线被第一圆环形接收装置6接收形成内侧圆柱形光幕面10；第二圆环形光源2的光线被第二圆环形接收装置7接收形成外侧圆柱形光幕面11；

所述的内侧圆环形光源1和外侧圆环形光源2均为具有一定高度和一定宽度的空心圆柱腔体，其内部安装有一定宽度的圆环形光源电路板16，多个led紧密排列在圆环形光源电路板16中心圆环上形成圆环形led阵列17，沿光源出射方向安装一个圆环形狭缝光阑12，其中圆环形光源电路板16的环形宽度不大于圆环形光源结构件的环形宽度，圆环大小与光源的圆环相同；圆环形狭缝光阑12的环形宽度与圆环形光源的宽度一致，狭缝中心圆周位于圆环腔体内环与外环的中心线上，狭缝宽度为1mm，为了光阑的整体性和牢固性，通过4个连接点19连接，每个连接点19的宽度为1mm，小于led的外形尺寸，不影响探测光幕的形成，所述的圆环形led阵列17中的led为子弹头形led发光管，发光波长为940nm，发光视场为锥状视场，led发光管发出的光线经过圆环形狭缝光阑12形成具有厚度的圆柱形发光视场，所有led发光管的正极连接到一起，通过限流电阻与光源供电插座4的电源端连接，所有led发光管的负极连接到到一起，与光源供电插座4的地线端连接，2个光源供电插座4分别安装在内侧圆环形光源1的外侧壁上和外侧圆环形光源2的外侧壁上，2个光源供电插座4通过电缆与供电电源连接(参见图4和图5)。

所述的内侧圆环形接收装置6和外侧圆环形接收装置7均为具有一定高度和一定宽度的空心圆柱腔体，其内部安装有具有一定宽度的圆环形接收装置电路板14，多个光电探测器件紧密排列在圆环形接收装置电路板14中心圆环上形成圆环形光电接收器件阵列15，在光电接收器件前方安装一个圆环形狭缝光阑12，接收光源发射的光线，其中圆环形接收装置电路板14的环形宽度不大于接收装置的环形宽度，圆环大小与接收装置的圆环相同；圆环形狭缝光阑12的环形宽度与圆环形接收装置的宽度一致，狭缝中心圆周位于圆环腔体内环与外环的中心线上，狭缝宽度为1mm，为了光阑的整体性和牢固性，通过4个连接点19连接，每个连接点19的宽度为1mm，小于光电接收器件的外形尺寸，不影响探测光幕的形成；所述的圆环形光电接收器件阵列15由pin形光电二极管构成，其响应峰值波长为940nm，外形为子弹头形，其接收视场为锥状视场，通过圆环形狭缝光阑12可将接收视场限制为具有一定厚度的圆柱形接收视场，所有pin形光电二极管的负极连接到一起，通过偏置电阻连接到正电源供电端，同时pin形光电二极管的负极为信号输出端，所有pin形光电二极管的正极连接到一起，连接到电源的地线端，2个接收装置插座9分别安装在内侧圆环形接收装置6的外侧壁上和外侧圆环形接收装置7的外侧壁上，电源和信号输出均通过接收装置插座9和电缆连接到信号处理装置(参见图3和图6)。

一种圆柱面光幕测速装置的测速方法步骤为(参见图8和图9)：

1)将圆柱面光幕测速装置竖直放置于水平地面上，确保内、外侧圆柱形光幕面均垂直水平面，且两圆柱形光幕形成圆环的半径差为s；

2)通过电缆连接光源供电插座4与供电电源，通过电缆连接接收装置插座9与信号处理装置，接通供电电源和信号处理装置的电源；

3)将待测试爆炸物15放置在距离地面一定高度的支撑平台18上，支撑台的高度不大于第三连杆5的高度，同时确保爆炸物13在圆柱形光幕面圆心所在竖直直线上；

4)当爆炸物13爆炸时，产生的破片依次穿过内侧圆柱形光幕面10和外侧圆柱形光幕面11，破片穿过光幕面时，相应光幕面的光电接收器件接收到的光源发出的光通量发生变化，经过信号处理装置输出相应的电脉冲信号，利用测时仪测量出破片穿过两个光幕面的时间间隔t；

5)根据所测量得到的时间t和两个光幕面之间的距离s，计算出破片穿越两个圆柱形光幕面的平均飞行速度v：

本方法可用于某爆炸物爆炸后任意飞行角度破片速度的测量。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。