基于压力传感器的瞬时速度测量方法及其实现装置与流程

本发明涉及速度测量领域，特别是涉及一种用于测量瞬时速度的方法及其实现装置。

背景技术：

现有的基于压力传感器测量速度的方法通常为测量物体的平均速度，典型的用法如基波管测量基波的速度，其原理是在基波管的侧壁轴向方向按照固定距离安装两支压力传感器，通过测量两传感器的基波到达时间，计算通过两压力传感器间距离的平均速度，基波管内的基波速度通常被认为是匀速的，因此测量到的基波平均速度即为基波的速度。但对于变加速运动的物体使用此种方法测量的结果会造成较大的误差。

弹射型装置(如枪炮、礼花弹、导弹等)的发射速度是一个复杂的变速过程，分为在装置内和装置外两个阶段，被弹射物体出弹射装置口的瞬时速度决定了被弹射物体后续在装置外运行的轨迹，因此获取精确的出装置口的瞬时速度至关重要。

传统的测量被弹射物的速度的方法有光幕靶测速方法、高速摄像测速方法、基于拉线式位移传感器的位移微分测速方法、基于加速度传感器的加速度积分测速法等方法，光幕靶测速方法只能测量小物体的平均速度；高速摄像测速方法成本较高、使用时受天气因素影响较大；基于拉线式位移传感器的位移微分测速方法使用不便，传感器制造工艺复杂，防护工作量大；基于加速度传感器的加速度积分测速法精度较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于压力传感器的瞬时速度测量方法及其实现装置，其能够低成本、可靠、有效地获取被弹射物的瞬时出筒速度。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，包括以下步骤：

在弹射装置的弹射管道上设置第一测压孔和第二测压孔，所述第一测压孔位于第二测压孔的下方，

分别通过压力传感器测量被弹射物到达第一测压孔和第二测压孔的时间，到达第一测压孔和第二测压孔的时间分别记为t1和t2，通过压力传感器测量弹射过程中的动力压力p(t)，通过称重测量装填前的被弹射物的重量m和装填过程中的摩擦力f(t)，测量弹射装置的弹射管道的横截面积s，

被弹射物开始运动后，被弹射物经过弹射管道的运动加速度a(t)通过以下公式计算得出：

被弹射物到达第一测压孔和第二测压孔的时刻差值△t＝t1-t2，

设l为第一测压孔和第二测压孔之间的距离，则通过以下公式计算得出被弹射物经过第一测压孔时的速度v1：

设l′为从第一测压孔到弹射装置的弹射管道口的距离，通过以下公式计算得出被弹射物从第一测压孔到弹射管道口的时间t：

又通过以下公式计算得出被弹射物出弹射管道口时刻的出筒速度v：

其中被弹射物的出筒时间t通过以下公式计算得出：

t＝t1+t。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述分别通过压力传感器测量被弹射物到达第一测压孔和第二测压孔的时间的具体步骤为：通过第一压力传感器和第二压力传感器分别测量被弹射物到达第一测压孔和第二测压孔的时间，当被弹射物到达第一测压孔时，第一压力传感器开始建压，将第一压力传感器的建压时刻记为所述t1，当被弹射物到达第二测压孔时，第二压力传感器开始建压，将第二压力传感器的建压时刻记为所述t2。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为至少两组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3……将通过第n组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为vn，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为两组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为三组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为四组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为五组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为六组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，将通过第六组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v6，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为七组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，将通过第六组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v6，将通过第七组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v7，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明实现上述基于压力传感器的瞬时速度测量方法的装置，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和数据采集系统，所述第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别与数据采集系统连接，所述第一压力传感器用于测量被弹射物到达第一测压孔的时间，所述第二压力传感器用于测量被弹射物到达第二测压孔的时间，所述第三压力传感器用于测量弹射过程中的动力压力。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法及其实现装置是一种动力学间接测速方法，在靠近弹射装置弹射管道口的轴向方向按照固定距离安装两个动态压力传感器，用于测量被弹射物体到达测压孔处的时间t1、t2；在弹射装置初始容积区安装动态压力传感器，测量弹射过程中被弹射物所受的动力压力；再通过装填前测量的被弹射物的重量数据和装填过程中的摩擦力数据，对被弹射物进行受力分析，运用牛顿第二定律及积分运算推算出被弹射物的瞬时出筒速度，由此可见，本发明能够低成本、可靠、有效地获取被弹射物的瞬时出筒速度。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法及其实现装置使用示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，包括以下步骤：

在弹射装置4的弹射管道5上设置第一测压孔和第二测压孔，所述第一测压孔位于第二测压孔的下方，

分别通过压力传感器测量被弹射物6到达第一测压孔和第二测压孔的时间，到达第一测压孔和第二测压孔的时间分别记为t1和t2，通过压力传感器测量弹射过程中的动力压力p(t)，通过称重测量装填前的被弹射物6的重量m和装填过程中的摩擦力f(t)，测量弹射装置4的弹射管道5的横截面积s，

弹射动力气体源8开始工作后，初始容积区9内开始建压，当初始容积区9内压力产生的推力达到克服被弹射物6的自身重量及静摩擦力的合力限值后，被弹射物6开始向上运动，被弹射物6开始运动后，被弹射物6经过弹射管道5的运动加速度a(t)通过以下公式计算得出：

被弹射物6到达第一测压孔和第二测压孔的时刻差值△t＝t1-t2，

设l为第一测压孔和第二测压孔之间的距离，则通过以下公式计算得出被弹射物6经过第一测压孔时的速度v1：

设l′为从第一测压孔到弹射装置4的弹射管道口的距离，通过以下公式计算得出被弹射物6从第一测压孔到弹射管道口的时间t：

又通过以下公式计算得出被弹射物6出弹射管道口时刻的出筒速度v：

其中被弹射物6的出筒时间t通过以下公式计算得出：

t＝t1+t。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述分别通过压力传感器测量被弹射物6到达第一测压孔和第二测压孔的时间的具体步骤为：通过第一压力传感器1和第二压力传感器2分别测量被弹射物6到达第一测压孔和第二测压孔的时间，当被弹射物6到达第一测压孔时，第一压力传感器1开始建压，将第一压力传感器1的建压时刻记为所述t1，当被弹射物6到达第二测压孔时，第二压力传感器2开始建压，将第二压力传感器2的建压时刻记为所述t2。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为至少两组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3……将通过第n组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为vn，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为两组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为三组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为四组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为五组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为六组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，将通过第六组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v6，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法，其中所述第一测压孔和第二测压孔设为七组，将通过第一组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v1，将通过第二组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v2，将通过第三组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v3，将通过第四组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v4，将通过第五组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v5，将通过第六组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v6，将通过第七组第一测压孔和第二测压孔测得的出筒速度记为v7，则最终的出筒速度v通过以下公式计算得出：

如图1所示，本发明实现上述基于压力传感器的瞬时速度测量方法的装置，包括第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器3和数据采集系统7，所述第一压力传感器1、第二压力传感器2和第三压力传感器3分别与数据采集系统7连接，所述第一压力传感器1用于测量被弹射物6到达第一测压孔的时间，所述第二压力传感器2用于测量被弹射物6到达第二测压孔的时间，所述第三压力传感器3用于测量弹射过程中的动力压力。

本发明基于压力传感器的瞬时速度测量方法及其实现装置是一种动力学间接测速方法，在靠近弹射装置4弹射管道口(如弹射筒口、弹射管口)的轴向方向按照固定距离安装两个(或更多个)动态压力传感器，用于测量被弹射物6到达测压孔处的时间t1、t2(或t1、t2、t3……)；在弹射装置4初始容积区9安装动态压力传感器，测量弹射过程中被弹射物6所受的动力压力；再通过装填前测量的被弹射物6的重量数据和装填过程中的摩擦力数据，对被弹射物6进行受力分析，运用牛顿第二定律及积分运算推算出被弹射物6的瞬时出筒速度，由此可见，本发明能够低成本、可靠、有效地获取被弹射物6的瞬时出筒速度。

本发明的有益效果如下：

a)能够实现被弹射物体瞬时速度的精确测量；

b)环境适应性好，可以应用在雨、雪、高低温、大风等恶劣环境中；

c)传感器可重复使用，降低使用成本。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。