阅读说明：本技术 弹丸着靶坐标及速度测量装置 (Pellet landing coordinate and speed measuring device ) 是由 冯斌 史元元 蔡科平 辛彬 宋玉贵 褚渊博 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及武器弹药测试领域,具体涉及一种弹丸着靶坐标及速度测量装置。该装置包括两层靶框,每层靶框上设置一个靶面,每个靶面均由两个光源组和两个接收组构成。其中：光源组包含一个大功率红外LED灯珠、一个聚光透镜和一个光阑板,光源在空间上呈正交分布。接收组包含一个由若干个接收器件构成的接收器阵列、光阑板和隔离板,光阑板位于接收器阵列的正上方,其上分布有与接收器件形状大小完全相同的接收器孔。本发明光幕构成简单、成本低、精度较高,既能实现对弹丸坐标的测量,又能实现对速度的测量。(The invention relates to the field of weapon and ammunition testing, in particular to a pellet landing coordinate and speed measuring device. The device comprises two layers of target frames, wherein a target surface is arranged on each layer of target frame, and each target surface consists of two light source groups and two receiving groups. Wherein: the light source group comprises a high-power infrared LED lamp bead, a condensing lens and a diaphragm plate, and light sources are distributed orthogonally in space. The receiving group comprises a receiver array formed by a plurality of receiving devices, a diaphragm plate and an isolation plate, wherein the diaphragm plate is positioned right above the receiver array, and receiver holes with the shape and size completely same as those of the receiving devices are distributed on the diaphragm plate. The light curtain has the advantages of simple structure, low cost and higher precision, and can realize the measurement of the coordinates of the projectile and the speed.)

弹丸着靶坐标及速度测量装置

技术领域

本发明涉及武器弹药测试领域，具体涉及一种弹丸着靶坐标及速度测量装置。

背景技术

在武器弹药测试领域，高速弹丸的飞行速度、空间位置、飞行姿态等是其需要测量的重要参数，特别是在高新武器的研制和测试阶段，精确地获取弹丸的飞行参数完成对武器弹药系统的评估是非常重要的。随着武器弹药的迅速发展，对于弹着点坐标的测量已经从最初的纸靶、网靶、木板靶等接触式测量设备发展到基于光电检测技术的四光幕天幕靶、四光幕光幕靶、六光幕天幕靶CCD交汇立靶以及基于声学传感器的声靶等非接触式测量设备。相比于接触式测量设备，非接触测量方法能够有效、精确、实时的获取数据，解决了接触式测量设备存在的耗时、耗力、耗材、精度低的问题。

声靶虽能实现对弹着点坐标的测量，定位精度高；但受外界坏境影响比较大，只适用于超音速弹丸的测试，理论上无法完成对低速弹丸的测试；如警用***的射速就低于声速，声靶就无法对其进行测量。CCD交汇测量方法要求CCD器件具有高速和高灵敏度的性能，而高速和高灵敏度的CCD器件价格昂贵，相比于其它立靶测试系统成本较高，难以形成产业化。现有技术中，四光幕阵列测试系统是利用四个光电探测靶以固定的位置和角度布置，利用目标穿过光幕的时间以及光幕之间的位置关系计算出目标的速度和着靶坐标。但当目标斜入射时，测量结果的误差较大。而六幕光幕靶通过在四幕光幕靶上增加两个光幕，以解决斜入射弹丸测量时误差较大的问题。但从光路、结构、成本等因素分析，四光幕和六光幕阵列系统光幕多，平行光幕之间调节复杂，光源和接收器件较多成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹丸着靶坐标及速度测量装置，以解决现有技术中存在的光路难调节、成本高、精度低等问题。

本发明的技术方案如下：

弹丸着靶坐标及速度测量装置，所述的测量装置包括两层靶框，每层靶框均为矩形结构，每层靶框通过四根框架体续接构成，两层靶框通过连接柱平行连接，每层靶框均设置一个靶面，所述靶面包括两个光源组和两个接收组；两个光源组设置在相邻的框架体上并在空间上呈正交分布，两个接收组设置在另外两个框架体上；所述光源组包括大功率红外LED灯珠，大功率红外LED灯珠设置在盒体内，大功率红外LED灯珠上方依次设置的聚光透镜和狭缝光阑板；所述接收组包括由若干个接收器件构成的接收器阵列，接收器阵列设置在由隔离板构成的盒体内，接收器阵列正上方设置光阑板，光阑板上设置有与接收器件形状大小完全相同的接收器孔。

进一步的，所述的接收器阵列由三排接收器件组成，相邻两排接收器件的间隔宽度相同。

进一步的，所述聚光透镜紧密设置在大功率红外LED灯珠上方，聚光透镜将大功率红外LED灯珠的大角度光再次聚光成所需要的小角度光。

进一步的，所述的狭缝光阑板的狭缝长度与聚光透镜的出光口径相同，狭缝宽度与接收器阵列的宽度在平面上成投影关系。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1.本发明需要的光源数量少，在使用透镜的情况下光路易调节。整个结构具有装调灵活、成本低的优点。

2.本发明采用一个接收器件阵列对一个光源的光线进行接收，通过在光阑板上设计三排接收器孔的方法对光幕进行细分，每一个孔对应一个接收器件，这样的排列减小了接收器件之间的间距，测量精度较高。

3.本发明设置两个靶面，根据弹丸穿过两个靶面的坐标和时间来计算飞行度速度，能够有效解决因弹丸斜入射时利用距离和时间计算飞行速度时存在的误差问题。

附图说明

图1是光电靶总体结构示意图；

图2是光源组结构示意图；

图3是接收组结构示意图；

图4是接收组A-A剖面图；

图5是弹丸坐标计算示意图；

图6是弹丸坐标计算的辅助图；

附图标记说明：1—靶框，2—光源组，3—接收组，4—红外LED灯珠，5—聚光透镜，6—狭缝光阑板，7—接收器阵列，8—光阑板，9—隔离板，10—接收器孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的基本思路是提出一种光电靶，在靶框上设置两个靶面，每个靶面上布置有两个正交分布的光源组及接收组。当弹丸依次穿过两个靶面时，会输出两个弹丸的着靶坐标，根据两个坐标和飞行时间进一步得到弹丸的飞行速度。与传统的方法相比，利用坐标和时间获取弹丸速度的方法能有效避免弹丸斜入射带来的测量误差。

根据图1-4所示的一种弹丸着靶坐标及速度测量装置，包括两层靶框1，每层靶框1均为矩形结构，在每层靶框1上均设置一个靶面，每个靶面均由两个光源组2和两个接收组3构成；其中：光源组2包括一个大功率红外LED灯珠4、一个聚光透镜5和一个狭缝光阑板6，光源组2在空间上呈正交分布；接收组3包括一个由若干个接收器件构成的接收器阵列7、光阑板8、隔离板9，光阑板8位于接收器阵列7的正上方，其上分布有与接收器件形状大小完全相同的接收器孔10。

根据图1所示，结构、性能完全相同的两个靶面布置在两个靶框1上，两个靶面相互平行且严格垂直于弹道线；所述的靶面都包含两个光源组2和两个接收组3，每个光源组2包括一个红外LED灯珠4、一个聚光透镜5、一个狭缝光阑板5；每个接收组3包括一个接收器阵列7、一个光阑板8、五个隔离板9。根据图1-2所示，红外LED灯珠4和聚光透镜5紧密配合，红外LED灯珠4的发散角度为120°，聚光透镜5将LED发出的光线汇聚到30°。

根据图1-2所示，狭缝光阑板6上的狭缝长度跟聚光透镜3的出光口径相同，同时其对聚光透镜5起一个固定的作用；狭缝宽度与接收器阵列7的纵向尺寸在平面上呈投影对应关系，假设狭缝宽度为d₁，接收器阵列7的纵向尺寸为d₂，光源到狭缝的距离为l₁，靶面的尺寸为L，则对应关系为：d₁/d₂＝l₁/L。

根据图2-4所示，接收器阵列5由三排接收器件组成，相邻排彼此之间有一定的间隔距离。这种排列方法缩小了相邻两个接收器件之间的距离，提高了测量精度。

根据图3-4所示，所述的光阑板6含有若干个接收器孔9，接收器孔9的形状和大小与接收器件的完全相同，这样能使光源照射到接收器件上的光得到有效利用。

根据图1和图4所示，隔离板9有五个构成盒体，盒体上部开口与光阑板6通过螺钉连接；在平行于光阑板8的底层的隔离板9上分布有接收器阵列7。

根据图5所示，弹丸坐标计算的方法如下：以弹丸质心为弹丸的着靶坐标，当弹丸穿过光幕时会遮挡住阵列中部分的接收器件，根据检测到接收器件的位置和光源所在的位置按照公式(1)计算出弹丸坐标(x,y)；根据图6得出X_H、Y_G的表达式，将式(3)带入到式(2)则可得到具体的弹丸坐标(x,y)。

其中：A、B两点是光源的位置，L为靶面尺寸，x₁～x₂的距离就是弹丸在X轴方向上遮挡住光电二极管的范围，y₁～y₂的距离就是弹丸在Y轴方向上遮住光电二极管的范围。

弹丸飞行速度的计算建立获得弹丸坐标的基础上，根据弹丸飞行距离和时间计算得到，假设弹丸穿过第一个靶面的坐标为(x₁,y₁)，穿过第二个靶面的坐标为(x₂,y₂)，弹丸穿过两个靶面所用的时间为T，则飞行速度可由式(4)进行计算：

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所属原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。