本發明專利技術公開了一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置包括光信號激發單元、光信號捕捉單元、光電轉換單元和數據處理單元；所述光信號激發單元的信號輸出端與光信號捕捉單元的信號輸入端連接，光信號捕捉單元的信號輸出端與光電轉換單元的信號輸入端連接，所述光電轉換單元的信號輸出端與數據處理單元的信號輸入端連接。本發明專利技術采用光纖探頭靶捕捉漫反射光源信號的方式，能實現對實驗目標發生碰撞前速度值的精密測量，基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法具有結構簡單、非接觸式、高靈敏度、抗干擾性強、高量程等諸多優異性能。
【技術實現步驟摘要】
一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法
本專利技術涉及激光測速領域，特別是涉及一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法。
技術介紹
現階段國內外普遍采用空氣炮實驗來模擬高速設備的發射、運動、碰撞等過程。空氣炮高速彈丸發生碰撞前的速度的精密測量，是實驗重復性和獲得碰撞后相關參數和穩定性能分析的保證，直接關系到實驗結果的可靠性。在現有技術中廣泛采用接觸靶、線圈靶和光幕靶作為觸發計時信號的區截方法。采用接觸靶方案，其特點是需要在彈道上固定一個真實存在的靶面，彈丸通過該靶面時產生信號，用示波器記錄跳變時刻，計算速度。該方案原理和結構簡單，但測量精度和量程上存在不足。采用線圈靶方案，其特點是使用螺線管線圈感應其產生的磁信號轉換為電信號的裝置，采集感應信號出現的時間，計算速度。該方案系統反應靈敏，但在抗干擾性和穩定性上有所欠缺。采用光幕靶方案，其特點是借助于激光源發出的光轉化為光幕。彈丸穿過時引起光通量變化，經光敏元件檢測并轉換為電信號，放大整形轉換為電脈沖信號，計算速度。該方案測量精度高，但存在結構復雜，穩定性不高的缺點。上述方法的共性都是定距離測時間，但是在機械設計和性能效率方面都有著不同程度的不足。經過對測量速度范圍、穩定性、抗干擾性等方面的綜合考慮，開發一種結構簡單、高靈敏度、抗干擾性強、高量程等諸多優異性能的空氣炮彈丸測速裝置十分必要。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法，能實現對實驗目標發生碰撞前速度值的精密測量，基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法具有結構簡單、非接觸式、高靈敏度、抗干擾性強、高量程等諸多優異性能。技術方案：為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置包括光信號激發單元、光信號捕捉單元、光電轉換單元和數據處理單元；所述光信號激發單元的信號輸出端與光信號捕捉單元的信號輸入端連接，光信號捕捉單元的信號輸出端與光電轉換單元的信號輸入端連接，所述光電轉換單元的信號輸出端與數據處理單元的信號輸入端連接。進一步的，所述光信號激發單元包括空氣炮彈丸捕捉器、空氣炮彈丸和漫反射激光源，所述空氣炮彈丸捕捉器為直線非透明材質管道，管道的內徑與空氣炮彈丸最大直徑采用間隙配合，所述漫反射激光源在空氣炮彈丸捕捉器同軸心位置且與空氣炮彈丸捕捉器出口處維持等效無限遠間距。進一步的，所述空氣炮彈丸捕捉器出口內壁處設置兩個光纖探頭靶安裝孔。進一步的，所述光信號捕捉單元包括前光纖探頭靶和后光纖探頭靶，前光纖探頭靶和后光纖探頭靶分別內嵌在空氣炮彈丸捕捉器管道內壁設置的兩個光纖探頭靶安裝孔中，其中后光纖探頭靶靠近空氣炮彈丸捕捉器出口。進一步的，所述空氣炮彈丸作為測速目標，空氣炮彈丸的彈頭表面經過特殊涂層工藝處理，使空氣炮彈丸的彈頭表面具有增強漫反射光強的性能，所述空氣炮彈丸的彈頭表面特殊涂層在空氣炮彈丸軸線上的有效長度L1、空氣炮彈丸彈頭表面特殊涂層的最大直徑處的直徑前光纖探頭靶測量點和后光纖探頭靶測量點相對于彈丸捕捉器的軸線距離L2三者之間的關系滿足進一步的，所述空氣炮彈丸捕捉器管道內的后光纖探頭靶測量點與空氣炮彈丸捕捉器出口端面相對于彈丸捕捉器的軸線距離L3和空氣炮彈丸捕捉器內壁直徑之間滿足進一步的，所述光電轉換單元包括兩個光電二極管和脈沖發生器，兩個光電二極管分別與前光纖探頭靶和后光纖探頭靶末端相連，兩個光電二極管的店電信號輸出端分別連接脈沖發生器兩端。進一步的，所述數據處理單元包括包括計時儀、微處理器、存儲器和顯示器，數據處理單元以微處理器為中心，計時儀、存儲器和顯示器分別與微處理器相連。進一步的，所述一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：確定光信號捕捉單元中前光纖探頭靶測量點和后光纖探頭靶測量點的相對于彈丸捕捉器的軸線距離，同時漫反射激光源將平行于空氣炮彈丸運動方向的光連續地導入彈丸捕捉器的彈丸出口管道使平行光能垂直射入彈丸捕捉器內部。步驟2：空氣炮彈丸捕捉器入口捕捉到空氣炮彈丸，空氣炮彈丸沿著空氣炮彈丸捕捉器彈道高速運動，投射在空氣炮彈丸彈頭表面的光在空氣炮彈丸彈頭處激發漫反射；步驟3：空氣炮彈丸途徑前光纖探頭靶時，前光纖探頭靶捕捉漫反射光信號，并觸發光電二極管，發光電二極管將電信號傳送給脈沖發生器，隨即脈沖發生器給計時儀開始信號；步驟4：空氣炮彈丸途徑后光纖探頭靶時，后光纖探頭靶捕捉漫反射光信號，并觸發光電二極管，發光電二極管將電信號傳送給脈沖發生器，隨即脈沖發生器給計時儀結束信號；步驟5：計時儀將時間差數據傳送給微處理器，微處理器用前光纖探頭靶測量點和后光纖探頭靶測量點的相對于彈丸捕捉器的軸線距離除以兩通道時間差可計算彈丸出口平均速度，最后微處理器將得出的數據傳送給顯示器和存儲器。有益效果：本專利技術的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法，包括光信號激發單元、光信號捕捉單元、光電轉換單元、數據處理和儲存單元。能實現對實驗目標發生碰撞前速度值的精密測量。采用光纖探頭靶捕捉漫反射光源信號的方式在機械機構和穩定性上要優于光幕靶方案，克服了接觸式測量法在量程和精度上的不足，在抗干擾性和穩定性上也高于線圈靶方案。綜合所述：激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置與方法具有結構簡單、非接觸式、高靈敏度、抗干擾性強、高量程等諸多優異性能。附圖說明附圖1為本專利技術的原理結構示意圖；附圖2為對光纖探頭靶安裝孔的位子限定示意圖；附圖3為本專利技術測速裝置的速度測量方法的流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作更進一步的說明。如附圖1所示一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置包括光信號激發單元1、光信號激發單元2、光電轉換單元3和數據處理單元4；所述光信號激發單元1的信號輸出端與光信號激發單元2的信號輸入端連接，光信號激發單元2的信號輸出端與光電轉換單元3的信號輸入端連接，所述光電轉換單元3的信號輸出端與數據處理單元4的信號輸入端連接。光信號激發單元1包括空氣炮彈丸捕捉器5、空氣炮彈丸6和漫反射激光源10，所述空氣炮彈丸捕捉器5為直線非透明材質管道，管道的內徑與空氣炮彈丸6最大直徑采用間隙配合，所述漫反射激光源10在空氣炮彈丸捕捉器5同軸心位置且與空氣炮彈丸捕捉器5出口處維持等效無限遠間距，等效無限遠間距的具體數值的是指間距要遠于空氣炮彈丸6飛出空氣炮彈丸捕捉器5之后的運動軌跡剛好與漫反射激光源10不相交時漫反射激光源10所在的位置?？諝馀趶椡璨蹲狡?出口內壁處設置兩個光纖探頭靶安裝孔，本實施案例中，兩個光纖探頭靶安裝孔的連線與空氣炮彈丸捕捉器5軸線平行。光信號捕捉單元2包括前光纖探頭靶7和后光纖探頭靶8，前光纖探頭靶7和后光纖探頭靶8分別內嵌在空氣炮彈丸捕捉器5管道內壁設置的兩個光纖探頭靶安裝孔中，其中后光纖探頭靶8靠近空氣炮彈丸捕捉器5出口。空氣炮彈丸6作為測速目標，空氣炮彈丸6的彈頭表面經過特殊涂層工藝處理，使空氣炮彈丸6的彈頭表面具有增強漫反射光強的性能。如附圖1和2所示，前光纖探頭靶7測量點和后光纖探頭靶8測量點相對于彈丸捕捉器5的軸線距離L2無限接近零時，空氣炮彈丸6的瞬間速度測量值最為精確，但為了保證空氣炮彈丸6有足夠的漫反射強度，空氣炮彈丸6彈頭表面強化涂層需要本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：包括光信號激發單元(1)、光信號捕捉單元(2)、光電轉換單元(3)和數據處理單元(4)；所述光信號激發單元(1)的信號輸出端與光信號捕捉單元(2)的信號輸入端連接，光信號捕捉單元(2)的信號輸出端與光電轉換單元(3)的信號輸入端連接，所述光電轉換單元(3)的信號輸出端與數據處理單元(4)的信號輸入端連接。
【技術特征摘要】
1.一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：包括光信號激發單元(1)、光信號捕捉單元(2)、光電轉換單元(3)和數據處理單元(4)；所述光信號激發單元(1)的信號輸出端與光信號捕捉單元(2)的信號輸入端連接，光信號捕捉單元(2)的信號輸出端與光電轉換單元(3)的信號輸入端連接，所述光電轉換單元(3)的信號輸出端與數據處理單元(4)的信號輸入端連接。2.根據權利要求(1)所述的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：所述光信號激發單元(1)包括空氣炮彈丸捕捉器(5)、空氣炮彈丸(6)和漫反射激光源(10)，所述空氣炮彈丸捕捉器(5)為直線非透明材質管道，管道的內徑與空氣炮彈丸(6)最大直徑采用間隙配合，所述漫反射激光源(10)在空氣炮彈丸捕捉器(5)同軸心位置且與空氣炮彈丸捕捉器(5)出口處維持等效無限遠間距。3.根據權利要求2所述的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：所述空氣炮彈丸捕捉器(5)出口內壁處設置兩個光纖探頭靶安裝孔。4.根據權利要求3所述的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：所述光信號捕捉單元(2)包括前光纖探頭靶(7)和后光纖探頭靶(8)，前光纖探頭靶(7)和后光纖探頭靶(8)分別內嵌在空氣炮彈丸捕捉器(5)管道內壁設置的兩個光纖探頭靶安裝孔中，其中后光纖探頭靶(8)靠近空氣炮彈丸捕捉器(5)出口。5.根據權利要求2或4所述的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于：所述空氣炮彈丸(6)作為測速目標，空氣炮彈丸(6)的彈頭表面經過特殊涂層工藝處理，使空氣炮彈丸(6)的彈頭表面具有增強漫反射光強的性能，所述空氣炮彈丸(6)的彈頭表面特殊涂層在空氣炮彈丸(6)軸線上的有效長度L1、空氣炮彈丸(6)彈頭表面特殊涂層的最大直徑處的直徑前光纖探頭靶(7)測量點和后光纖探頭靶(8)測量點相對于彈丸捕捉器的軸線距離L2三者之間的關系滿足6.根據權利要求2或4所述的一種基于激光反射式的空氣炮彈丸測速裝置，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王鵬，張寧超，宋春煥，任娟，兀偉，敬偉，
申請(專利權)人：西安工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61
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