非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置及评估测试方法

本发明非致命武器，具体的涉及非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置及评估测试方法。

背景技术：

1、非致命动能弹是一种依靠弹丸动能打击目标，依靠其钝性冲击或低侵彻使目标致伤致痛，从而达到驱散制服目的的警用非致命弹种。因该类弹药研发成本低廉、打击效果迅速，在各国警宪部分都得到了大量配备和广泛使用。然而，在实战中由非致命动能弹导致的永久性损伤甚至死亡案例时有发生。因此，开展非致命动能弹的毁伤评估研究已经成为该领域迫切需要解决的问题。

2、通过对非致命动能弹的损伤案例分析，导致死亡的案例主要是头部损伤和皮肤穿透损伤。在对头部冲击损伤的研究中，峰值冲击力是衡量其毁伤性能的关键指标；在对皮肤穿透损伤的研究中，峰值平均应力则可以衡量其穿透性能。

3、对此，国内外研究者提出了采用尸体、动物、明胶、红松木靶板、牛皮纸等为靶标来进行非致命动能弹的毁伤评估。基于尸体、动物的测试方法，容易受到伦理和材料来源一致性的影响；基于明胶的测试方法，容易受到明胶的制备过程及使用期限的影响；采用红松木靶板和牛皮纸的方法，不仅容易受到材料来源一致性的影响，而且是一种定性的评估方法。

4、因此，本发明针对非致命动能弹的毁伤评估问题，提出一种基于刚性靶板的简便易行、具有良好重复性的定量测试方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明针对非致命动能弹的毁伤评估问题，提出一种非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置及评估测试方法，具体地，采用了如下技术方案：

2、非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置，其特征在于，包括：

3、发射系统，用于发射非致命动能弹；

4、弹体速度检测系统，设置在发射系统的发射端口处，用于监测所述发射系统发射的非致命动能弹的发射速度；

5、弹体靶板系统，包括刚性靶板、压力传感器和支撑座，所述的刚性靶板固定在所述支撑座上与所述发射系统的发射端口相对设置，所述的压力传感器设置于所述刚性靶板与所述支撑座之间，所述压力传感器用于监测所述刚性靶板在被所述发射系统发射的非致命动能弹击中过程中受到的压力值；

6、图像采集系统，包括设置于所述刚性靶板的外周的高速摄像机，所述的高速摄像机的相机镜头的中心轴线与所述刚性靶板的靶面平齐，所述的高速摄像机用于监测所述发射系统发射的非致命动能弹击中所述刚性靶板的过程中非致命动能弹的周壁外廓图像；

7、数据处理系统，分别与所述弹体速度检测系统、弹体靶板系统和图像采集系统进行通讯连接，获取所述发射速度、压力值、周壁外廓图像进行数据处理，评估非致命动能弹打击损伤效果。

8、作为本发明的可选实施方式，所述非致命动能弹的弹头的横向截面为圆形横向截面，所述的横向截面为沿垂直于非致命动能弹的中心轴线方向的截面，所述摄像头的中心轴线沿所述非致命动能弹的弹头的圆形横向截面的径向方向设置，基于所述摄像头采集的非致命动能弹的周壁外廓图像，分析得到所述发射系统发射的非致命动能弹击中所述刚性靶板的过程中所述弹头与所述刚性靶板接触的瞬时直径值d(t)，计算非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用面积s(t)。

9、作为本发明的可选实施方式，所述支撑座的内部具有安装孔，所述的刚性靶板包括由刚性材料一体成型的靶面部和连接部，所述连接部的自由端贯穿所述安装孔并通过紧固件固定连接在所述支撑座的安装孔上，所述的压力传感器设置在所述支撑座与所述靶面部之间，所述压力传感器的检测端面与所述靶面部贴合。

10、作为本发明的可选实施方式，所述的弹体靶板系统包括与所述压力传感器通讯连接的压力采集控制器，所述的图像采集系统包括与所述摄像头通讯连接的图像采集控制器，所述的图像采集控制器与所述的压力采集控制器设置为相同的采集频率，所述的图像采集控制器、压力采集控制器与同一触发开关电连接，通过所述触发开关控制所述图像采集控制器、压力采集控制器同步启动，并以相同的采集频率进行数据采集。

11、作为本发明的可选实施方式，所述的发射系统包括发射控制器，所述的发射控制器与所述触发开关电连接，所述的发射控制器发出非致命动能弹发射指令的同时触发所述触发开关闭合，所述图像采集控制器、压力采集控制器同步启动。

12、作为本发明的可选实施方式，所述的弹体速度检测系统包括间隔设置在所述发射系统的发射端口处的第一光电检测元件、第二光电检测元件，和与所述第一光电检测元件、第二光电检测元件电连接的速度检测控制器，所述的速度检测控制器与所述触发开关电连接，所述速度检测控制器接收到所述第一光电检测元件或者第二光电检测元件的检测信号的同时触发所述触发开关闭合，所述图像采集控制器、压力采集控制器同步启动；

13、或者，所述的弹体速度检测系统包括间隔设置在所述发射系统的发射端口处的第一电磁检测元件、第二电磁检测元件，和与所述第一电磁检测元件、第二电磁检测元件电连接的速度检测控制器，所述的速度检测控制器与所述触发开关电连接，所述速度检测控制器接收到所述第一电磁检测元件或者第二电磁检测元件的检测信号的同时触发所述触发开关闭合，所述图像采集控制器、压力采集控制器同步启动。

14、本发明同时提供一种非致命动能弹打击损伤效果的评估测试方法，采用所述非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置，所述的评估测试装置包括：

15、发射系统，用于发射非致命动能弹；

16、弹体速度检测系统，设置在发射系统的发射端口处，用于监测所述发射系统发射的非致命动能弹的发射速度；

17、弹体靶板系统，包括刚性靶板、压力传感器和支撑座，所述的刚性靶板固定在所述支撑座上与所述发射系统的发射端口相对设置，所述的压力传感器设置于所述刚性靶板与所述支撑座之间，所述压力传感器用于监测所述刚性靶板在被所述发射系统发射的非致命动能弹击中过程中受到的瞬时压力值；

18、图像采集系统，包括设置于所述刚性靶板的外周的高速摄像机，所述高速摄像机的相机镜头的中心轴线与所述刚性靶板的靶面平齐，所述的高速摄像机用于监测所述发射系统发射的非致命动能弹击中所述刚性靶板的过程中非致命动能弹的周壁外廓图像；

19、数据处理系统，分别与所述弹体速度检测系统、弹体靶板系统和图像采集系统进行通讯连接；

20、所述的评估测试方法包括：

21、基于所述摄像头采集的非致命动能弹的周壁外廓图像，分析得到所述发射系统发射的非致命动能弹击中所述刚性靶板的过程中弹头与所述刚性靶板接触的瞬时直径值d(t)，计算非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用面积s(t)；

22、基于所述压力传感器监测的所述刚性靶板在被所述发射系统发射的非致命动能弹击中过程中受到的瞬时压力值，确定非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用力f(t)；

23、计算非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时平均接触应力

24、

25、根据弹体速度检测系统检测的发射速度和所述瞬时平均接触应力σ(t)，评估非致命动能弹打击损伤效果。

26、作为本发明的可选实施方式，本发明的非致命动能弹打击损伤效果的评估测试方法中，所述基于所述摄像头采集的弹头的周壁外廓图像，分析得到所述发射系统发射的非致命动能弹击中所述刚性靶板的过程中所述弹头与所述刚性靶板接触的瞬时直径值d(t)，计算非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用面积s(t)包括：

27、所述图像采集系统控制高速摄影机按照预设图像采集频率采集非致命动能弹击中所述刚性靶板过程中各个时刻的周壁外廓图像(p1，t1)、(p2，t2)、…、(pn，tn)；

28、提取所述周壁外廓图像中弹头外廓，根据弹头外廓所占据的像素，求出非致命动能弹击中所述刚性靶板过程中各个时刻弹头与刚性靶板实际接触的圆形横向截面的直径(d1，t1)、(d2，t2)、…、(dn，tn)；

29、计算非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用面积s(t)。

30、作为本发明的可选实施方式，本发明的非致命动能弹打击损伤效果的评估测试方法中，所述基于所述压力传感器监测的所述刚性靶板在被所述发射系统发射的非致命动能弹击中过程中受到的瞬时压力值，确定非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用力f(t)包括：

31、控制所述压力传感器与所述摄像头同步启动，所述压力传感器的压力采集频率与所述摄像头的图像采集频率保持一致，采集非致命动能弹击中所述刚性靶板过程中各个时刻的压力值(f1，t1)、(f2，t2)、…、(fm，tm)；

32、根据得到的瞬时直径d(t)的时刻参数选择时刻相同的压力值作为非致命动能弹击中所述刚性靶板时的瞬时作用力f(t)。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果：

34、本发明提出的非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置，通过压力传感器获得相应的瞬时冲击力，通过摄像头的高速摄影获得非致命动能弹冲击过程中与刚性靶板的接触面积，进而获得瞬时平均应力，从而实现对非致命动能弹冲击毁伤和皮肤穿透毁伤的测试与评估。

35、因此，本发明的非致命动能弹打击损伤效果评估测试装置具有如下技术效果：

36、1、刚性靶板固定在支撑座上，可以进行拆卸更换，且刚性靶板是刚性的不宜损坏，可重复实验使用。

37、2、压力传感器安装在刚性靶板和支撑座之间，可以实时传输冲击压力数据，也就是瞬时冲击压力，而且可以便于更换，可重复实验使用。

38、3、通过针对摄像头采集的周壁外廓图像进行轮廓处理，测得非致命动能弹的与刚性靶板的瞬时接触横截直径，经软件处理得到瞬时接触横截面积。

39、4、数据处理系统可以将瞬时冲击压力和弹丸瞬时接触横截面积直径进行公式处理，从而得到瞬时冲击应力，通过瞬时冲击应力曲线，判定非致命动能弹的打击效果，判断瞬时冲击应力是否超出皮肤穿透应力。

40、5、该测试装置既可以通过压力传感器测试瞬时冲击力，用于人体头部的损伤的评估；也可以测试平均冲击应力，用于人体损伤的评估。

41、6、该测试装置能够记录所有测试参数，为后续弹和枪的设计提供依据。