用于破片参数测试的薄膜梳状靶、测试系统及测试方法

1.本发明属于测试技术领域，具体涉及用于破片速度及散布坐标参数测试的薄膜梳状靶及方法。


背景技术：

2.破片的速度及散布是衡量弹药效能的关键指标，国内外对上述参数的测量，目前常采用高速摄影法、光电测试法或梳状靶测试法。采用高速摄影法通过实时记录爆炸过程中破片群影像，存在爆炸场强冲击等恶劣条件下摄取的图像质量差，信噪比低，高速小破片难以对应识别，判读精度低等缺点，加之设备昂贵，测试环境恶劣，爆炸场中难以防护，极易造成设备损坏，使其使用受到限制；采用光电测试法利用破片穿过光幕发生光通量变化后产生电信号，利用其光幕间的相对位置关系推导出破片参数信息，但存在框架式结构，精密调整繁琐，在爆炸场中不易防护，并易受到背景光等恶劣环境干扰；梳状靶测试法因其具有便于携带更换，成本低廉的优点而广泛应用于弹药爆炸环境下破片相关测试，但该方法常采用一个靶面只测量破片初速，无法对瞬时速度进行测量，且因其采集通路少，只能对速度参数进行测量，不能细分测散布坐标位置，同时，因采用印刷电路板制造，其厚度会较大成度影响穿越靶面的小破片速度，且外场试验大范围使用时重量大、不能弯曲、不便携。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于破片速度及散布坐标参数测试的薄膜梳状靶及方法，可同时测试破片速度及位置。
4.一种用于破片速度及散布坐标参数测试的薄膜梳状靶，包括依次印刷到基材(1)上的阴极印刷层、绝缘层以及阳极印刷层；
5.阴极印刷层包括一个阴极梳齿模块(4)和阴极电极；阴极梳齿模块(4)包括若干条平行等距印刷的电路，构成梳齿状电路；阴极梳齿模块(4)中的梳齿状电路两端各印刷有一条电路，将梳齿状电路的同一端电连接在一起，其中一端连接一个阴极电极(5)；
6.阳极印刷层包括若干沿横向或纵向排列的阳极梳齿模块(2)，每个阳极梳齿模块(2)对应一个阳极电极(3)；每个阳极梳齿模块(2)中包括若干条平行等距印刷的电路，构成梳齿状电路；阳极梳齿模块(2)中的梳齿状电路两端各印刷有一条电路，将梳齿状电路的同一端电连接在一起，其中的一端连接本模块对应的阳极电极(3)；
7.阴极印刷层中的梳齿状电路与阴极印刷层中的梳齿状电路上下互相错开，交替排列，由此形成梳状薄膜电子线路测试靶面；阳极电极(3)和阴极电极(5)分别对应连接电源的正极和负极，则每一个阳极电极(3)与阴极电极(5)之间构成一个测试回路。
8.较佳的，基材(1)为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
9.一种基于上述薄膜梳状靶的测试系统，包括两张电路方向正交的薄膜梳状靶。
10.进一步的，还包括多路数据采集存储模块和数据控制与处理模块；所述多路数据采集存储模块用于采集每张薄膜梳状靶上每个测试回路的电流信号并存储；再经无线或有
线发送至所述数据控制与处理模块；在数据控制与处理模块中，根据破片穿过两张所述薄膜梳状靶产生电流信号的时间间隔、薄膜梳状靶间距计算破片速度；根据破片穿过两张所述薄膜梳状靶中阳极梳齿模块(2)位置，解算出对应破片中靶位置坐标。
11.进一步的，还包括机械调整模块，用于固定两张所述薄膜梳状靶。
12.一种基于上述薄膜梳状靶的测试系统的测试方法，设第一张薄膜梳状靶的阳极梳齿模块沿纵向排列，第二张薄膜梳状靶翻转90
°
后，阳极梳齿模块沿横向排列；设每个所述多回路分区薄膜上均有m个阳极梳齿模块，每个阳极梳齿模块长度为l，每个阳极梳齿模块间距为k，分别编号为1～m；
13.当破片击中第一张薄膜梳状靶的第n(1≤n≤m)个阳极梳齿模块时，n区域产生脉冲响应信号，纵向坐标记为：l
×
(n-1)+(n-1)
×
k+2/l；
14.当破片击中第二张薄膜梳状靶的第n
′
(1≤n
′
≤m)个阳极梳齿模块时，n区域产生脉冲响应信号，坐标记为：l
×
(n
′‑
1)+(n
′‑
1)
×
k+2/l。
15.较佳的，若第一张薄膜梳状靶第n个与第n+1个阳极梳齿模块均有响应信号，纵向坐标则对应的记为l
×
n+(n-1)
×
k+2/k。
16.较佳的，若第一张薄膜梳状靶第n
′
个与第n
′
+1个阳极梳齿模块均有响应信号，横向坐标则对应的记为：l
×n′
+(n
′‑
1)
×
k+2/k。
17.本发明具有如下有益效果：
18.(1)本发明通过对薄膜印刷多回路分区低阻抗电子线路，通过多路数据采集实现多路靶膜分区数据采存，实现毁伤场中破片速度和位置的同时测试。
19.(2)测试拓展性强，本发明测试靶面可自由设计电极梳齿间距及分区大小，从而实现不同测试需求中根据测试目标尺寸而自由改变靶面可测尺寸分辨率及可测坐标分辨率；
20.(3)测试精度高(相对于传统梳状靶)，本发明中破片通过多回路分区线路薄膜靶面时相对于传统梳状靶、铝箔靶、覆铜靶等的能量损失小，因此，对破片的速度影响小，测得的速度、中靶位置坐标更加准确。
21.(4)本发明提出的测试装置中测试靶面可弯曲、可折叠，质量为传统梳状靶的1/50，便于携带与安装，便于野外大范围使用，并且可适应动爆大量布设，其成本是传统梳状靶的1/5，可作为消耗品大量大范围使用，具有显著的经济效益。
附图说明
22.图1为本发明的多回路分区线路薄膜梳妆靶示意图；
23.图2为本发明的多回路分区线路薄膜梳妆靶分层印刷示意图；
24.图3为本发明破片参数测试系统的原理示意图；
25.图4为本发明的测试系统机械调整模块整体结构；
26.图5为破片速度及散布位置数据处理原理图；
27.图6为多路数据采集模块构架示意图；
28.图7为测试方法的处理流程图。
29.其中，a-薄膜梳妆靶1、b-薄膜梳妆靶2、1-基材、2-阳极梳齿模块、3-阳极电极、4-阴极梳齿模块、5-阴极电极、6-角钢、7-信号线防护结构、8-配重。
具体实施方式
30.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
31.本发明提供了一种可同时测量弹丸、破片等高速目标速度及位置坐标测试的薄膜梳状靶，如图1和2所示，多回路分区线路薄膜梳状靶包括依次印刷到基材1上的阴极印刷层、绝缘层以及阳极印刷层。薄膜的基材1为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，整个薄膜梳状靶厚度不大于0.175mm。
32.如图1所示，阴极印刷层包括一个阴极梳齿模块4和阴极电极；阴极梳齿模块4包括若干条平行等距印刷的电路，构成梳齿状电路；阴极梳齿模块4中的梳齿状电路两端各印刷有一条电路，将梳齿状电路的同一端电连接在一起，其中一端连接一个阴极电极5。其中的电路为低阻抗电子线路。
33.阳极印刷层包括若干沿横向或纵向排列的阳极梳齿模块2，每个阳极梳齿模块2对应一个阳极电极3；每个阳极梳齿模块2中包括若干条平行等距印刷的电路，构成梳齿状电路；阳极梳齿模块2中的梳齿状电路两端各印刷有一条电路，将梳齿状电路的同一端电连接在一起，其中的一端连接本模块对应的阳极电极3。
34.阴极印刷层中的梳齿状电路与阴极印刷层中的梳齿状电路上下互相错开，交替排列，由此形成梳状薄膜电子线路测试靶面；阳极电极3和阴极电极5分别对应连接电源的正极和负极，则每一个阳极电极3与阴极电极5之间构成一个测试回路；测试启动前，阳极印刷层和阴极印刷层的梳齿装电路互相绝缘，各个测试回路均断开；当破片入射进入到薄膜梳状靶时，切割阳极印刷层和以及印刷层的梳齿状电路的瞬间，两层的电路被破片短接，测试回路被接通，因此可测得破片入射的信号。当破片穿过薄膜梳齿靶，则测试回路再次断开；由于阴极层电路与阳极层电路交替排列，其可测破片/弹丸尺寸分辨率，即为相邻阴极电路梳齿与阳极电路梳齿间距。
35.当将两张薄膜梳状靶以一定距离布设，分别测得破片入射到两张薄膜梳状靶的信号，即可测量破片或弹丸的速度。
36.由于本发明的阳极印刷层中设置了若干独立的阳极梳齿模块2，相当于给梳状靶进行了分区，当破片入射到梳状靶，即可根据对应阳极梳状模块2的信号确定破片入射到梳状靶的区域；当采用两张梳齿方向正交的梳状靶测试破片时，可分别测得破片经过的水平方向区域和垂直方向区域，进一步确定破片的散布位置坐标。
37.基于上述梳状靶，本发明还提供了一种测试系统，如图3所示，包括两张薄膜梳状靶a和b、多路数据采集存储模块、数据控制与处理模块以及机械调整模块。在距爆心一定距离处，两张薄膜梳状靶a和b之间间隔一定距离平行固定，且两者的梳齿方向正交。
38.如图4所示，机械调整模块用于固定两张所述多回路分区线路薄膜梳状靶，其整体支撑结构为高强度轻质角钢拼接而成，连接处为螺丝紧固，放置在试验场中只需用沙袋固定即可。所述多回路分区线路薄膜四角进行打孔，采用背面压敏胶+梅花螺丝的方式固定于所述机械调整模块框架结构中，同时两张所述多回路分区线路薄膜梳齿方向正交，即可确保阳极梳齿模块所映射的x、y坐标系同轴心且可在爆炸场冲击波环境下保持姿态稳定。所述多回路分区线路薄膜梳状靶电极信号传输线接口均集成引至薄膜下方一侧，并穿入信号传输线防护结构中，保护信号传输线直至接入置于地坑中的所述多路数据采集存储模块，由此可确保战斗部爆炸场中毁伤数据的可靠获取。
39.所述多路数据采集存储模块用于采集每个测试回路的电流信号；如图5所示，当破片穿过薄膜梳齿靶时，破片作为导体将其所在区域的阴极梳状电路与阳极梳状电路导通，产生电流信号，由基于fpga的所述多路数据采集存储模块采集存储，并经无线或有线发送至所述数据控制与处理模块；在数据控制与处理模块中，根据破片穿过两张所述多回路分区线路薄膜产生电流信号的时间间隔、靶间距计算破片速度；根据破片穿过两张所述多回路分区线路薄膜的阳极梳齿模块电极位置编号，解算出对应破片中靶位置坐标。
40.其中，如图6所示，多路数据采集模块的zynq主芯片包括ps和pl两个核心。ps端为双核arm a9处理器，可进行以太网、wifi等网络相关连接控制工作及采集数据的保存存储。pl端为atrix 7架构的fpga，进行多路信号的实时采集和外触发相关的工作。ps端与pl端通过axi高速总线进行连接。当满足触发条件时，pl端开始采集数据，将变化的数据存入fifo(数据缓冲器)，然后通过axi总线传入ps端的ddr中。ps端程序将数据保存为文件，由所述数据控制与处理模块读取。
41.当所述多路采集模块将产生电流变化的阳极梳齿模块编号、时间等信息传输至所述数据控制与处理模块，处理计算流程如图7所示，过程为：
42.(1)破片速度计算
43.破片穿过两张所述多回路分区薄膜梳状靶，根据所述多路数据采集模块采集所产生的电流脉冲信号的时间信息t1与t2，及所述数据控制与处理模块根据预设好的两张所述多回路分区薄膜间距为s，由v＝s/(t
2-t1)得到破片穿过的速度。
44.(2)破片散布位置坐标计算
45.设第一张薄膜梳状靶的阳极梳齿模块沿纵向排列，第二张薄膜梳状靶翻转90
°
后，阳极梳齿模块沿横向排列；设每个所述多回路分区薄膜上均有m个阳极梳齿模块，每个阳极梳齿模块长度为l，每个阳极梳齿模块间距为k，分别编号为1～m；
46.当破片击中第一张薄膜梳状靶的第n(1≤n≤m)个阳极梳齿模块时，n区域产生脉冲响应信号，纵向坐标记为：l
×
(n-1)+(n-1)
×
k+2/l；
47.当破片击中第二张薄膜梳状靶的第n
′
(1≤n
′
≤m)个阳极梳齿模块时，n区域产生脉冲响应信号，坐标记为：l
×
(n
′‑
1)+(n
′‑
1)
×
k+2/l。
48.若第n个与第n+1个区域均有响应信号，那么纵向坐标和横向坐标则对应的记为l
×
n+(n-1)
×
k+2/k和l
×n′
+(n
′‑
1)
×
k+2/k。综上所述，以上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。