[发明专利]一种高速弹丸测速装置

说明书

技术领域

本发明属于分析及测量控制技术领域，特别涉及一种高速弹丸的测速装置。

背景技术

由于现代飞机的速度快，噪音更低，发动机更大，因此发生与飞鸟相撞的可能性日益增大。那么在飞机设计过程中考虑鸟撞因素，提高飞机的抗撞击能力，就显得至关重要。因此，在飞机设计中有专门的鸟撞实验。鸟撞实验的目的一般有两个：一是确定破损时飞机的临界速度；二是测量撞击过程中有关应变、位移、撞击力等数据，供设计及生产使用。高速撞击实验中，速度是一个重要参数，因此在地面超高速撞击模拟实验中必须准确测得实验弹丸的速度。

要说明的是：对速度超过1km·s-1的高速弹丸，以往基于光线遮断的光电法已不能满足需求，原因是光电管电流时间曲线下降沿时间约为几个ms量级，因此，基于光线遮断的测速方法只适合于几十到几百米每秒的速度范围。对速度超过1km·s-1的小尺寸弹丸(直径小于10mm)，需要利用反射光来触发光电管，其电流时间曲线的上升沿约为5ns。因此，设计了一种速度大于1km·s-1的弹速测量系统。

发明内容

针对现有技术中缺乏对速度大于1km·s-1的小尺寸弹丸的测速装置，本发明的发明目的在于提供一种高速弹丸测速装置，采用发射光触发GT101光电管，能够对小尺寸且速度大于km·s-1的弹丸速度准确测量。

一种高速弹丸测速装置，包含弹丸捕捉器、光纤、设备盒，所述光纤一端连接在设备盒上，别一端连接在弹丸捕捉器的二个探测口上；

所述设备盒内部包含有激光器、光电检测模块、单片机主控模块、计数模块、脉冲发生模块、电源模块和显示模块；

所述激光器通过光纤向弹丸捕捉器发射光源；

所述光电检测模块用于根据光纤采集到的弹丸经过二个探测口时的光通量变化，转换为电信号，作为计数模块的外部中断源；

所述脉冲发生模块用于产生高频脉冲；

计数模块对用于对脉冲发生模块产生的脉冲进行计数，并根据所述外部中断源向单片机主控模块输出高频脉冲计数；

所述单片机主控模块用于与根据计数模块提供的二个高频脉冲计数完成速度计算，以及与显示模块通讯完成显示功能。

优选地，所述弹丸捕捉器固定在炮口，所述弹丸捕捉器由一个弹丸出口通道组成，所述弹丸出口通道上设有二个探测口。

优选地，所述光纤为一路发射多路接收的铠装光纤。

优选地，所述光纤的一端采用SMA905接口连接到设备盒。

优选地，所述光电检测模块由比较器和放大电路组成；

所述放大电路主要包含光电二极管，所述光电二极管上接有用于调整放大倍数的电阻R1和电阻R2、用于改善光电二极管的频谱特性的偏置电压以及退偶电容C1和C2；

所述比较器采用所述光电二极管的反馈电压作同相输入，另一输入端加一个固定电压做参考电压。

优选地，所述计数模块采用DSP芯片，采用DSP片内事件捕获单元实现脉冲计数功能。

优选地，所述计数模块与单片机主控模块通过串行通信接口的SCI方式通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)能够准确、方便有效的测量弹丸的出炮口速度。

2)采用非接触式测速技术，无需对靶网布线，减少工作人员劳动量。

3)采用光电检测技术，并设计了多芯铠装光缆和专用前置放大电路，在恶劣环境下，比如野外和存在爆炸冲击、烟雾等干扰因素具有抗干扰能力强，测量精度高等优越性。

4)本发明将脉冲发生器的频率提高到100MHz，速度的绝对误差可达±1.2m·s^-1；

5)选用激光器的输出功率稳定性，信号的波动小，确保每次发射弹丸都能够准确检测信号。

6)本发明提供的弹丸捕捉器(安装在炮口处)，该装置紧凑简单，无需采用防震措施，在捕捉器的定长两点间安装两个光纤探头，弹丸经过时只是切断光路，对弹丸的出口速度和弹丸的姿态不会产生影响。同时只要给测速电路持续供电，一次安装可支持连续多次测量，无需人工维护。

附图说明

图1为本发明高速弹丸测速装置的结构示意图。

图2为本发明中弹丸捕捉器的结构示意图。

图3为本发明设备盒中各模块的连接示意图。

图4为本发明中光电检测模块的结构示意图。

图5为本发明中单片机控制模块的结构示意图。

图6为本发明中脉冲发生模块的电路图。