一种用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法

文档序号:167491 发布日期:2021-10-29 浏览:49次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法 (Magneto-optical speed measuring system for measuring bullet speed and magneto-optical speed measuring method thereof ) 是由 杨刚 罗国强 赵磊 黄海军 张联盟 于 2021-08-24 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种用于弹速测量的磁光测速系统,包括弹筒、主机与示波器,所述主机分别与所述弹筒、所述示波器连接,所述弹筒内设有探测器,所述探测器包括至少一组两套电磁机构与至少一组两套光电机构,所述电磁机构嵌套在所述弹筒的侧壁内,所述光电机构垂直设置于所述弹筒中,所述主机启动所述光电机构并获取所述光电机构与所述电磁机构的信号。本发明还公开了一种弹速测量的磁光测速方法。本发明的一种用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法采用磁测速法与激光遮挡测速法相结合,避免单一测速设备对飞行物体材质的要求,对任何材质的弹丸都能够准确获取飞行速度,对于金属弹丸可以同时得到磁测和光测的飞行速度,大大提高冲击实验的精度。(The invention discloses a magneto-optical speed measuring system for measuring bullet speed, which comprises a bullet tube, a host and an oscilloscope, wherein the host is respectively connected with the bullet tube and the oscilloscope, a detector is arranged in the bullet tube and comprises at least one group of two sets of electromagnetic mechanisms and at least one group of two sets of photoelectric mechanisms, the electromagnetic mechanisms are nested in the side wall of the bullet tube, the photoelectric mechanisms are vertically arranged in the bullet tube, and the host starts the photoelectric mechanisms and acquires signals of the photoelectric mechanisms and the electromagnetic mechanisms. The invention also discloses a magneto-optical speed measurement method for measuring the bullet speed. The magneto-optical speed measuring system for bullet speed measurement and the magneto-optical speed measuring method thereof adopt the combination of the magnetic speed measuring method and the laser shielding speed measuring method, avoid the requirement of single speed measuring equipment on the material of a flying object, accurately obtain the flying speed of any bullet, simultaneously obtain the flying speeds of magnetic measurement and optical measurement for metal bullets, and greatly improve the precision of an impact experiment.)

一种用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法

技术领域

本发明属于弹速测量设备技术领域,具体地说,涉及一种用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法。

背景技术

目前用于轻气炮弹速测量的方法主要有:磁测速法,激光多普勒测速法,遮挡激光束(光幕)测速法。高速飞行弹丸的速度每秒几百米甚至几公里,要求测速的仪器要有较高的灵敏度,极短的响应时间和一定的抗干扰能力。

磁测速法利用法拉第电磁感应原理,这种测速装置结构简单,经济性好,缺点是只能用于金属物体速度的测量,不能用于非金属物体速度测量,因此使用受到限制。激光多普勒测速法,依据多普勒效应进行速度测量,这种测速设备一般价格比较昂贵,测速成本较高,而且结构复杂,对测速物体表面要求较高,操作不便。遮挡激光束(光幕)测速法,利用飞行的弹体穿过激光束(光幕)导致光电二极管光电流消失的原理来测速,以往这种测速设备通常使用大功率激光器,利用一系列的光学棱镜,将一束激光分成多束激光,分别入射到光电接收器上,因此这种测速装置调节复杂,可靠性差。

目前在轻气炮弹速测速领域都是采用单一测速方式,即上述3种测速方法中的一种,单一弹速测量方式存在诸多缺点:冲击碰撞实验通常会发生意想不到的状况或者人为操作的失误,单一弹速测速方式不可靠,实验中存在由于没有捕捉到弹速导致实验失败的风险;使用单一弹速测速方式,弹速测量的准确性以及实验误差都难以衡量;在弹速测量过程中,通常需要一个电脉冲信号去触发其他的测试设备,单一测速方式很难给出可靠且稳定的触发电信号。鉴于此,对于本领域技术人员而言,如何提高现有技术中测量弹丸飞行速度的精度和可靠性,以及如果获得准确而又稳定的触发电信号,已成为当前迫切需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种能够稳定获取触发信号,并且精准测量弹丸飞行速度,可靠性高的用于弹速测量的磁光测速系统及其磁光测速方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为:

一种用于弹速测量的磁光测速系统,包括弹筒、主机与示波器,所述主机分别与所述弹筒、所述示波器连接,所述弹筒内设有探测器,所述探测器包括至少一组两套电磁机构与至少一组两套光电机构,所述电磁机构嵌套在所述弹筒的侧壁内,所述光电机构垂直安装于所述弹筒中,所述主机开启所述光电机构并获取所述光电机构与所述电磁机构的信号,所述电磁机构与所述光电机构相隔设置,所述两套电磁机构之间的距离与所述两套光电机构之间的距离相等。

具体的,所述光电机构由激光模组与探头模组组成,所述激光模组与所述探头模组固定在所述弹筒的侧壁相对的两侧。

具体的,所述弹筒包括头段、尾段与护板,所述头段上设有用于连接到轻气炮发射管上的连接口,两套所述电磁机构分别安装于所述头段的尾端与所述尾段的尾端处,所述头段、所述尾段与所述护板均开设有螺纹孔并通过螺栓连接成一体。

优选的,所述头段与所述尾段上均开设有安装所述光电机构的安装孔,所述安装孔贯通所述弹筒的侧壁。

具体的,所述激光模组包括可调焦激光器与套筒,所述可调焦激光器嵌套在所述套筒内,所述探头模组包括变径套管、感应二极管与聚焦透镜,所述感应二极管与聚焦透镜固定在所述变径套管的内部,所述套筒与所述变径套管分别固定在所述弹筒的侧壁两侧的安装孔上。

具体的,所述聚焦透镜与所述感应二极管通过所述变径套管调节相对距离。

具体的,所述电磁机构包括磁环与覆盖在磁环两侧的盖板,所述盖板为与所述弹筒的内径相一致的金属圆环,所述磁环上缠绕有漆包线,所述漆包线通过SMA连接座与所述主机连接。

优选的,所述盖板采用硅钢材质制成。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案为:

一种弹速测量的磁光测速方法,应用于如上述用于弹速测量的磁光测速系统,包括如下步骤:

安装,将磁光测速系统安装在轻气炮发射管连接,并为主机与示波器供电;

发射弹丸,在安装完成并确认设备正常运行下,发射弹丸;

获取电磁信号数据,主机分别获取两套电磁机构在弹丸通过磁场时的时间节点;

获取光电信号数据,主机分别获取两套光电机构在弹丸遮挡激光束时的时间节点;

计算弹丸飞行速度,将电磁信号数据或光电信号数据结合两套电磁机构之间的距离或两套光电机构之间的距离,分别计算出磁测速度与光测速度,在误差许可的范围之内,磁测速度与光测速度均为弹丸飞行速度,若超过误差许可范围则判定测速失败,重新进行测速。

具体的,所述获取电磁信号数据或所述获取光电信号数据步骤中,信号数据均通过所述示波器进行显示。

本发明具有以下有益效果:采用磁测速法与激光测速法相结合,避免单一检测设备对测速材质的要求,能够准确获取任何材质的弹丸的飞行速度,对于金属弹丸可以同时得到磁测和光测的飞行速度,彼此之间可以校正,大大提供实验的精度;使用小功率的可调焦激光器作为激光光源,体积小,发热量低,不需要复杂的冷却装置,在安装使用过程中避免复杂的光路调节,即使存在加工误差导致激光束不能完全正射感应二极管,也可以通过聚焦透镜收集和校正偏射的激光束,该装置结构简单、体积小巧、轻便,技术结构可靠,成本显著降低,并能有效的与其他设备相互结合用于提供稳定可靠的触发信号,提高冲击碰撞实验的成功率。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例中炮筒的结构示意图。

图3为本发明实施例中电磁机构的结构示意图。

图4为本发明实施例中激光模组的结构示意图。

图5为本发明实施例中探头模组的结构示意图。

附图中各序号表示的意义如下:

1弹筒,10头段,11尾段,12护板,13连接口,14螺纹孔,15镂空,16安装孔,17凹槽,18SMA连接座,2电磁机构,21盖板,22磁环,23漆包线,3激光模组,31可调焦激光器,32套筒,4探头模组,41变径套管,42感应二极管,43聚焦透镜,5主机,6飞行物,7示波器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

实施例:

本发明实施例的一种用于弹速测量的磁光测速系统如图1-5所示,包括弹筒1、主机5与示波器7,所述主机5分别与所述弹筒1、所述示波器7连接,所述弹筒1内设有探测器,所述探测器包括至少一组两套电磁机构2与至少一组两套光电机构,所述电磁机构2嵌套在所述弹筒1的侧壁内,所述光电机构垂直设置于所述弹筒1中,所述主机5开启所述光电机构并获取所述光电机构与所述电磁机构2的信号,所述电磁机构2与所述光电机构相隔设置,两套所述电磁机构2之间的距离与两套所述光电机构之间的距离相等。光电机构有主机5提供工作电压,同时电磁机构2与光电机构直接与主机5的信号输入端电连接,用于将电信号传输到主机5,而主机5的信号输出口则与示波器7相连,用于在示波器7上显示信号并记录电平变化。两套电磁机构2或两套光电机构交错前后分布,飞行物6若通过弹筒1时,会切割磁感线或遮挡光电机构发射出的激光束,造成电平的变化被示波器7记录,依据电磁机构2之间的距离和示波器7上电平的变化时间,则可以计算出飞行物6的飞行速度V1,依据光电机构之间的距离和示波器7上电平的变化时间,则可以计算出飞行物6的飞行速度V2,通过V1与V2的比较,相互之间彼此验证,提高了测速的可信度和精确度。为了更为精准的比较,更好的方式是两套电磁机构2或光电机构之间的距离设置为一致,使检测后的飞行速度更好进行对照。

具体的,所述光电机构由激光模组3与探头模组4组成,所述激光模组3与所述探头模组4呈相对方式固定在所述弹筒1的侧壁相对的两侧。激光模组3发射出激光束被探头模组4接收,激光束横跨弹筒1内部,飞行物6飞行时遮挡住激光束从而导致探头模组4未接受到激光信号而产生电平变化。

具体的,所述弹筒1包括头段10、尾段11与护板12,所述头段10上设有用于连接到轻气炮发射管上的连接口13,两套所述电磁机构2分别安装于所述头段10的尾端与所述尾段11的尾端处,所述头段10、所述尾段11与所述护板12均开设有螺纹孔14并通过螺栓连接成一体。头段10的尾端与尾段11的尾端均开设有凹槽17,电磁机构2固定在凹槽17的内部。在凹槽17的位置处开设有SMA连接座18,方便电磁机构2与主机5的连接。弹筒1的材质优选采用不锈钢材质,CNC加工,保证加工精度,尾段11设置为四周镂空15,从而便于前冲的气体外溢,提高弹筒1的使用寿命,同时减少因前冲气体对碰撞实验的影响,采用高强度螺栓使头段10、尾段11与护板12连接成一体,降低CNC加工的难度,并且方便部件更换,无需整体更换,提高综合使用寿命。

优选的,所述头段10与所述尾段11上均开设有设置所述光电机构的安装孔16,所述安装孔16贯通所述弹筒1的侧壁。激光模组3与探头模组4通过螺旋固定的方式固定与安装孔16内。

具体的,所述激光模组3包括可调焦激光器31与套筒32,所述可调焦激光器嵌套在所述套筒32内,可调焦激光器31为小功率可调焦激光器,优选5mw、650nm红光可调焦激光器,可调焦激光器31的外径与套筒32的内径相吻合并能嵌套在套筒32内,并采用粘合胶进行固定。套筒32优选采用黄铜材质,能够有效传导可调焦激光器31工作时产生热量,套筒32外径加工有螺纹,可以通过螺纹安装在安装孔16上。

具体的,所述探头模组4包括变径套管41、感应二极管42与聚焦透镜43,所述感应二极管42与聚焦透镜43固定在所述变径套管41的内部,所述套筒32与所述变径套管41固定在所述安装孔16上并相对设置在所述弹筒1的侧壁两侧,所述聚焦透镜43与所述感应二极管42通过所述变径套管41调节相对距离。感应二极管42优选高速响应、低偏置和低暗电流特性的硅PIN光电二极管,一般可选用滨松S5973硅PIN光电二极管,能够更快响应激光束的照射。变径套管41一端内径与聚焦透镜43直径一致,另一端与感应二极管42外径一致,两者分别套设在变径套管41的两端,并以安装聚焦透镜43的一端接受所述可调焦激光器31发出的激光束,并使激光束通过调焦套管的调焦准确投射到感应二极管42上,从而保证探测的精度,同时能够进行调节,方便实际使用时的对应需求。聚焦透镜43优选K-9玻璃材质,正常使用时,调节可调焦激光器31的焦距,使激光光斑照射在聚焦透镜43上,并通过聚焦套管的调节,使光斑完全被感应二极管42所接收。有限的,变径套管41的外径上设有螺纹,可以通过螺纹安装在安装孔16上。

具体的,所述电磁机构2包括磁环22与覆盖在磁环22两侧的盖板21,所述盖板21为与所述弹筒1的内径相一致的金属圆环,所述磁环22上缠绕有漆包线23,所述漆包线23与所述主机5电连接。优选的,所述盖板21采用硅钢材质制成。盖板21的内径与弹筒1的内径相一致,盖板21的外径与凹槽17的内径相同,能够完全嵌套在凹槽17内。磁环22采用钕铁硼磁性材料,优选牌号N52,沿轴向充磁,漆包线23延一个方向紧密缠绕在磁环22的外侧,同时使整个线圈的磁感线沿同一个方向,漆包线23连接于SMA连接座18上,并通过SMA连接座18与主机5电连接。制作时,先将盖板21、磁环22与漆包线23制作成一个整体后,在安装到凹槽17中,最后将漆包线23连接到SMA连接座18上。

所述主机5,包括供电电路和信号处理电路,所述供电电路为所述激光模组3、探头模组4和信号处理电路提供工作电压,信号处理电路采用高速、高带宽芯片,优选AD8001芯片、OPA690芯片,所述光电机构的探头模组4产生的脉冲电流输入所述主机5光电输入端口,经过信号处理电路滤波和放大输出至所述主机5光电输出端口,所述电磁机构2产生的电脉冲信号输入所述主机5的电磁信号输入端口,转换后通过所述主机5的电磁信号输出端口输出,所述光电机构产生的电脉冲信号输入所述主机5的光电信号输入端口,转换后通过所述主机5的光电信号输出端口输出,所述光电信号输出端口和电磁信号输出端口阻抗为50欧姆,与示波器7阻抗匹配,主机5的信号输入和输出端口采用有SMA接头,所述主机5的输出端口连接示波器7的输入端口,由示波器7记录电平信号起跳时间。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案为:

一种弹速测量的磁光测速方法,应用于如上述用于弹速测量的磁光测速系统,包括如下步骤:

安装,将磁光测速系统安装在轻气炮发射管上,并为主机与示波器供电;

发射弹丸,在安装完成并确认设备正常运行下,发射弹丸;

获取电磁信号数据,主机分别获取两套电磁机构在弹丸通过磁场时的时间节点;

获取光电信号数据,主机分别获取两套光电机构在弹丸遮挡激光束时的时间节点;

计弹丸飞行速度,将电磁信号数据或光电信号数据结合两套电磁机构之间的距离或两套光电机构之间的距离,分别计算出磁测速度与光测速度,在误差许可的范围之内,磁测速度与光测速度均为弹丸飞行速度,若超过误差许可范围则判定测速失败,重新进行测速。

具体的,所述获取电磁信号数据或所述获取光电信号数据步骤中,数据均通过所述示波器进行显示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

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