阅读说明：本技术 可用于水下的激光光幕测速靶 (Laser light curtain speed measuring target used under water ) 是由 赵子杰 王玉媛 于 2019-04-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可用于水下的激光光幕测速靶,能以较为简单的结构实现对水下弹丸运动速度和通过位置的准确测量,该测量系统包括两套激光光幕和信号分析部分,其中每套激光光幕包括一个矩形金属框架,矩形框一边置激光发射器阵列,与之相对的另一侧对应放置相同数目的光电探测器,并做好密封防水处理,两套激光光幕相互平行放置在弹丸轨道上,使弹丸从两个光幕中有效区域穿过,两套激光光幕的激光光线方向相互垂直,该装置用于水下弹丸的速度和位置同时测量,具有非接触,响应快,精度高,成本低等优点。(The invention discloses a laser light curtain speed measuring target used underwater, which can realize accurate measurement of the movement speed and passing position of underwater bullets with a simpler structure.)

可用于水下的激光光幕测速靶

技术领域

本发明属于水下枪械测试技术领域，具体地说，是一种弹丸水下飞行速度及位置测量装置。

背景技术

水下轻武器作为目前全球研究的热点，展开相关领域的技术研究具有非常重要的社会价值和军事意义。对水下武器的外弹道性能进行研究时，弹丸飞行速度与着靶坐标是衡量武器性能的重要参数。目前，对水下弹丸的飞行速度测量方法有很多，常用的有线圈靶测速，锡箔靶测速，高速摄影测速以及光幕靶测速。其中，光幕靶测速法因其与运动的弹丸没有直接接触而备受广大学者的青睐。

光幕靶是一种接收光信号转化为电信号的装置，探测飞行弹丸到达空间指定位置时刻的仪器，两台光幕靶与一台测时仪配合，可以用来测试弹丸在某点的飞行速度， 光幕靶测速系统主要分为两部分，其一是光幕结构，这部分配有光源，通过一系列光学装置形成光幕，产生并传输光信号；其二是光电转换系统，这部分接收光幕传来的光信号，将之转换为电信号，经过放大、整形后输出。光幕靶一般成对放置在弹丸的预定轨道上，当弹丸穿过光幕时，会遮住一部分光幕，使光敏元件产生的电信号发生变化，光电转换系统接收突变的电信号，经过放大整流最后输出为测时仪的触发信号。测时仪记录弹丸前后穿过固定距离两光幕的时间，由此测算弹丸在两光幕靶中间点的速度。对于光幕结构而言，激光从发射端打出，在探测器端被接受，从而在这之间形成光幕，由于激光存在发散角，所以光幕一般具有一定的厚度。

目前，常见的光幕结构有三种。第一种是单个高功率激光器作为连续光源，激光经过激光分束器、聚焦镜阵列形成激光束阵列，有效范围约1.5m*1.5m，其中光束直径大约10mm，相邻光束间隔5mm。这种方案存在的问题是激光源的功率过高，容易损坏；分束镜和聚焦准直问题消耗光强，影响光束质量，使得光幕光强空间上分布不均，可能使探测器数字信号产生误触发，而且整个系统完全密闭，不利于检修维护。第二种在第一种基础上进行了改进，在发射端使用多路激光器，等间距固定于刚体结构上，接口设计了X-Y微调，确保激光准直；在接收端放置同样数目的光电探测器，1对1接收激光信号，这种设计优点是没有分束和聚焦准直的问题，激光的质量较高，单个激光器损坏后，其他仍可工作，空间分辨率也更高；缺点是它在空间上只能分辨弹丸在激光束垂直方向上的位移，另一方向无法探测。第三种则是在第二种设备中激光束的垂直方向上再添加同样的激光阵列形成该垂直方向上的另一激光光幕，这样就可以同时测到弹丸在这两个方向上的位移，这种方案的缺点是设备比较复杂，且单光幕不能测得速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于水下的激光光幕测速靶，该装置可以同时得到弹丸穿过测速靶的位置和速度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可用于水下的激光光幕测速靶，包括第一激光光幕、第二激光光幕以及信号采集处理设备，信号采集处理设备放置在岸上，第一激光光幕和第二激光光幕分别连接信号采集处理设备；使用时，两套激光光幕平行放置在弹丸轨道上，使弹丸从两光幕框架内部光幕的有效区域穿过，两套激光光幕的激光光线方向相互垂直，形成相邻的水平激光光幕和竖直的激光光幕。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

（1）本发明中在水下能够同时测量弹丸的速度和二维位置。

（2）本发明中速度和位置测量过程中不会直接接触弹丸，能够显著减小测量误差。

（3）本发明不需要设计复杂的光幕系统，整体结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明可用于水下的激光光幕测速靶的整体结构三维示意图。

图2为本发明可用于水下的激光光幕测速靶中单个光幕的局部示意图，其中图2a为水平光幕的截面图，图2b为竖直光幕的截面图。

图3为激光发射器阵列中单个激光发射器的防水结构。

具体实施方式

一种可用于水下的激光光幕测速靶，包括水平向激光光幕系统1、竖直向激光光幕系统2、信号采集器以及信号处理器3。其中，1.1为激光发射器阵列，1.2为光电探测器阵列，1.3为封装外壳；2.1激光发射器阵列，2.2光电探测器阵列，2.3封装外壳。激光发射器阵列由一定数目的相同的半导体激光器等距排列组成，并固定放置在金属铝框架内一侧；光电探测器阵列则对应放置在金属铝框架内另一侧。光电探测器阵列与激光发射器阵列相对放置在金属框架内两边，分别密封在两边的金属框内，光电探测器所在的金属框侧边镶嵌普通玻璃防水，并接收激光发射器的光波。光电探测器并联接入信号控制器。这是单个激光光幕的结构。

本发明的结构特征是：将两个上述激光光幕结构平行放置在弹丸的运动路径上，两者间隔不能太远（小于0.5m），其中，两块激光光幕分别按激光光线水平和竖直方向放置，弹丸通过两块光幕时，会挡住相应位置的激光光线，使光电探测器接收到的光通量发生变化，得到两个电信号，即可根据前后两块光幕靶的距离得出弹丸通过的速度和位置。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明可用于水下的激光光幕测速靶，整个测量体系由两套激光光幕系统1和2，以及信号采集和信号处理系统3组成，两套激光光幕系统一前一后紧邻放置在弹丸4的运动轨迹上，其中，一套按照激光方向水平放置，另一套按照激光方向竖直放置，整套装置放在水下。

如图2所示，图a和b分别是沿水平方向和沿竖直方向的激光光幕系统，所述激光器阵列1.1和2.1所使用的是蓝绿光激光器，激光从一侧的激光器阵列1.1和2.1出发，被另一端对应的光电探测器阵列2.1和2.2接收，在矩形金属框中间分别形成水平和竖直激光光幕。

如图3所示，图中展示了对于激光发射器阵列中单个激光器所做的防水处理，激光器1.1.1放在柱形封装壳1.1.2内，激光出射口嵌玻璃面板1.1.3；对于光电探测器的防水措施同理。所述激光器为蓝绿光激光器，它在水下的衰减最慢。

结合图1，在上述本发明的测速靶中，弹丸高速通过两个光幕时，先后挡住两光幕的一部分光线，使两套光幕系统中的光电探测器分别检测到光通量变化而产生电信号，根据光电探测器产生的电信号，可以根据速度计算公式得到弹丸的速度:

其中s即为两光幕间距离,t是接收到两个电信号的时间差。其次，本系统中，两道激光光幕相互垂直放置，间距够小的情况下，两个方向垂直排列的激光光幕可近似看作为坐标系，根据光电探测器阵列所得到的电信号，即可得出弹丸通过光幕时刻的二维位置。