光幕靶测速—田会
光幕靶探测光幕光能及性能研究
究。通过分析 了光 幕靶 的原理 ，以及对单 个发 光二极管的研 究，并对其进行 近似 处理 ，建立数 学模 型 ，用数 学代数和
叠加 的 方 法得 出光 幕 内的 光 能分 布 。针 对 光 幕 的 特 性 、 目标 的特 性 、 以及 探 测 电 路 特 性 ， 对 光 幕 的探 测 性 能 能 进 行 了
ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒｇ ａ ｅ ｔ ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｌ ａ ｙ ｓ ａ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ — ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ — ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ； ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ； ｄ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
高速运动物体的速度测试系统设计
高速运动物体的速度测试系统设计姓名：班级：学号：高速运动物体的速度测试系统设计1 引言本文的主要任务是通过设计高速运动物体的速度测试系统来确定高速运动物体在在运动过程中的速度，一种基于光幕测速的高速运动物体速度测试系统。
激光光幕速度测试是利用光电检测技术实现对物体速度的非接触测试，该方法操作简便，效率高，测试范围大，精度高。
2 测速系统的工作原理高速运动物体参数测试系统主要用来测量运动物体在高速运动过程中的速度。
当运动物体穿过测速靶光幕时，进入光电探测器的光通量会发生变化，通过光电探测器将变化的光信号转化为电流信号，经触发整形后成为具有一定脉冲宽度的触发计时信号，并送计算机进展处理。
当计算机获取两个触发计时信号的间隔后，根据靶距，由测速软件进展数据处理，可得到运动物体的速度值及相关试验数据。
用两套与上述一样的靶就可构成一套区截装置，可获取运动物体通过两个光幕的时间间隔，得到运动物体的飞行的平均速度。
以天幕靶为例，当天幕靶在室外工作时，以天空为背景，由于狭缝光阑的作用，天幕镜头的视场具有一定厚度的扇形，通常称之为天幕。
一旦有物体进入天幕，遮住了进入狭缝的部分光线，通过狭缝后面的聚光系统到达光敏元件的光通量会发生变化，光敏元件会产生一个正比于光通量变化的电信号，电路将电信号放大、整形后，最后输出一个脉冲信号，触发计时仪，完成计时功能。
测速时，用两台天幕靶与一台计时仪配合(可直接连接计算机进展数据处理)。
计时仪给出飞过两靶之间间隔的时间△T，弹丸在此间隔 S内的平均速度口。
在计时仪测速中，通常称开始计时的信号为启动信号，停顿计时的信号为停顿信号。
给出启动信号或停顿信号的装称为区截装置，两信号之间的时间间隔记录装置称为计时仪靶1和靶2分别为启动信号和停顿信号的区截装置，两区截装置之间的弹道线长度L2通常称为靶距。
在计时仪测速中，第一个区截装置启动计时仪开始计时，第二个区截装置终止计时仪停顿计时。
计时仪记录的时间T代表了弹丸飞过靶距L2所经历的时间。
光电靶的工作原理及应用
第17卷 第1期 西 安 工 业 学 院 学 报 Vol.17 No.1 1997年3月 JOURNAL OF XIπAN INSTITU TE OF TECHNOLO GY Mar.1997光电靶的工作原理及应用Ξ倪晋平 王铁岭(西安工业学院光电测试技术研究所 西安市,710032 倪晋平,男,31岁,工程师)【摘 要】 首先论述了光电立靶的工作原理,随后对各种光电靶所适用的测试项目做了介绍.【关键词】 光幕靶 天幕靶 立靶 弹丸测试【中图号】 TN16:TN29The principle and application of screensN i Ji npi ng W ang Tieli ngAbstract This paper presents the principle of every sreen firstly,and then introduces projectile measurement and screens.K ey w ords screens skyscreens optical scoring system projectile measurement低伸弹道测量是常规靶场武器系统试验鉴定以及产品校验和射表编拟的重要环节1测量的主要参数有:弹丸速度、飞行姿态、立靶密集度、跳角、飞行时间和气象参数等1速度测试包括枪(炮)的初速和着靶速度两个参数1立靶密集度是多组射弹对一定靶距的立靶进行射击时,弹着点相对平均弹着点密集或离散的程度1速度和立靶密集度是衡量武器系统对目标射击效果的主要特征参数,也是目前枪、药、弹的生产厂家在产品检验中主要测量的技术指标1在对弹丸速度的测试中,传统的接触式测量方法已逐渐被非接触式测量方法所替代1光电靶因具备操作简便、容易标定、可以测试各种材质及各种口径弹丸的特点,因而日益受到测速领域的重视1在对弹丸着靶坐标的测试中,较常用的方法是用胶合板(或沙网)做成一个正方形的平面,射击完毕后,直接用尺子在这个平面上测量弹丸的坐标1这种方法,不但费时费力,而且无法测试连发状态1光电立靶则不但可以测试单管炮的连发状态,还可以测试多管炮的齐射连发状态,并能区分管序和弹序,实时给出测试结果11 光电靶的基本原理光电靶由光学系统、光敏元件、处理电路及机械结构四部分组成1图1是光电靶的光学原理图(不包括光幕靶)1按测试的参数可将光电靶分为光电测速靶和光电立靶1在光电测速靶中,按光源又可分Ξ1996206210收稿图1 光电靶作用原理图为使用自然光源的天幕靶和使用人工光源的光幕靶1天幕靶按测试方式可分为水平天幕靶、仰角天幕靶,按天幕靶的光学系统视场大小可分为普通靶和广角天幕靶1无论是哪一种光电靶,其基本工作原理都相同,下面以天幕靶为例,简述其工作原理1在图1所示结构中,物镜下有一狭缝,作为光阑,它使光学系统的视场变成具有一定厚度的扇形幕,我们称之为天幕,单镜头天幕的视场角为24°;光阑下是光敏元件;天幕相当于一个虚设的靶面1当飞行弹丸穿过此天幕时,遮住了进入狭缝的部分光线,这样就使到达光敏元件的光通量发生变化,在电路中会产生一正比于该光通量变化的电信号1此信号经处理电路放大整形,最后输出一脉冲信号1天幕靶是敏感弹丸到达空间某一预定位置的装置,属光电探测器的一种1单个光幕靶使用时,可以为别的测试设备提供弹丸到达某一预定位置的启动信号,两个配对使用时,便成为测量弹丸在弹道上飞过某段距离长度的特种传感器1如果将两两天幕靶巧妙地组成N 形天幕交汇阵,便可以测量弹丸着靶坐标,并能同时测量速度、射频、跳角等诸多参数12 光电靶在靶场测试中的应用211 弹丸飞行速度的测试光电靶采用定距测时的方法测试弹丸的飞行速度1与雷达测速相比,成本低、布靶简便、容易操作、可靠性高、维修方便1测速时,用两台天幕靶与一台测时仪配合1借助测时仪记录的弹丸飞过两靶之间的时间便可求出弹丸飞过此段距离的平均速度121111 校验级水平天幕靶测试初始速度J Y J 290型水平天幕靶是在国内广泛使用的G D 279和TMB 21型水平天幕靶的基础上重新设计的一种新型测速仪器,因而该靶的各种性能指标均大大提高1J Y J 290型水平天幕靶的主要性能:(1)视场角:24°;(2)灵敏度:天空亮度不低于1000lx 时,探测距离大于300倍弹径,最大可以达到1500倍弹径,最大探测距离与天空亮度和弹径成正比;(3)测速范围:50～2000m/s ;(4)测速精度:相对误差≤0.05%;(5)光谱响应范围:300～850nm ;(6)环境温度:-20～50℃;(7)最高连发测速频率为每分钟6000发;(8)输出特性;方波宽度根据需要可任意调整,方波高度为10V ,前沿上升时间≤1μs ;(9)供电方式:自带电源箱,既可用交流220V 供电,也可用箱内24V 可充电电池供电;(10)单机重量:小于13kg ;23 西 安 工 业 学 院 学 报 第17卷(11)外形尺寸:260mm ×290mm ×300mm 1在验收考核时,对7.62步枪子弹、30航弹、125榴弹进行测速,发发数据有效,精度完全达到要求11995年9月,经实弹射击测试,已选配9套天幕靶装备国内各测速校验站1该仪器体积小、重量轻、使用方便,可以测试各种材质、各种口径的弹丸初始速度,如果配一人工光源可以实现室内测试1该仪器不足之处是对本体发亮的弹测试失效,但如果将发亮弹涂黑或者更换光谱响应范围比较窄的光敏元件,便可消除这一不足121112 光幕靶测试初始速度为解决天幕靶室内测速时配备人工光源的不便,研制了自带光源的测速靶———XGK 291型光幕靶1为区别于天幕靶,特以发光部分在空中形成的薄矩形幕———“光幕"来命名1光幕的厚度为0.8mm 1目前有两种型号的靶面:Ⅰ型为330mm ×400mm ,Ⅱ型为660mm ×800mm 1由于靶面大小所限,该仪器仅适用于30mm 以下口径各种弹丸初速的测量1由于本仪器自备光源,不依赖自然光,因此不受天气变化的影响,既可室内使用,也可室外使用,灵敏度可以调到很高,并固定不变12111211 工作原理如图2所示,光幕主要由发光部分、接收部分和处理电路三部分组成1发光部分包括灯图2 光幕靶工作原理泡、透镜;接收部分包括狭缝、聚光系统、光电管1灯泡发出的光经透镜和狭缝光阑的作用,便可形成一个具有一定厚度的光幕1一旦有物体快速进入光幕,遮住了进入狭缝的部分光线,则通过狭缝后聚光系统而到达光电管的光通量便发生变化,此时,光电管所在电路中会产生一正比于该光通量变化的电信号,处理电路将此信号放大、整形,最后输出一脉冲1测速时,两台光幕靶与一台测时仪配合,其测速原理与天幕靶相同12111212 主要性能指标(1)测速范围:20～2000m/s ;(2)测试精度:≤0.04%;(3)测试弹丸口径:0.8～30mm ;(4)有效靶面:330mm ×400mm 和660mm ×800mm 两种;(5)环境温度:-20～50℃;(6)供电方式:经稳压的220V 交流供电;(7)单机重量:5kg ;(8)外形尺寸(最大):组装前 375mm ×300mm ×50mm ;组装后 950mm ×375mm ×50mm.该仪器配上相应的遮光装置,最近可以放到枪口1由于该仪器具有很强的抗干扰能力且性能稳定,现已被部分厂家用于产品的校验与验收133第1期 倪晋平 王铁玲:光电靶的工作原理及应用 21113 广角天幕靶测试靶位速度由于射击散度的存在,在测试靶位速度时,普通天幕靶的小视场角,使其捕获率较低1因此现在常用两套天幕靶以加宽视场1但这种办法分立因素过多、布靶困难,测试中常常发生漏测及数据无效等现象1为克服以上缺陷,我们改进了普通天幕靶的光学系统,采用多个长焦距光学镜头,加宽视场角,使天幕靶的视场角由24°增加到60°,这种大视场的天幕靶称为广角天幕靶1图3为双镜头广角天幕靶的示意图1图3 双镜头广角天幕靶光学原理图该仪器的其他性能参数与J Y J 290型水平天幕靶相同,除可以测试靶位速度和初始速度外,还可以测试全弹道飞行时间1该仪器结构采用铝合金材料,重量轻1电池装在靶的主体结构内,无须专门配置电源箱,因而比水平天幕靶更轻巧,使用更方便121114 仰角天幕靶测试仰射弹丸速度为了测试仰角射击时弹丸的初速,我们专门设计了水平、仰角两用天幕靶———一体化仰角天幕靶1将传统的启动靶与停止靶分立改为启动靶与停止靶固定在同一框架结构上,靶距固定,并在实验里进行精确标定,两个天幕的平行度亦在实验里一次性调好1使用时仅用一根长电缆线连接到计时仪便完成系统的配置1这一设计减少了布靶环节,消除了不同使用者的人为误差,提高了系统的可靠性[2]1仰角天幕靶的主要性能参数与J Y J 290型水平天幕靶相同1该仪器在靶场对7.62步枪子弹,30航弹进行测试,与G D 279型水平天幕靶相比,其最大相对误差为0.11%1212 弹丸着靶位置的测试进行火炮密集度和跳角测量试验时,能代替木板靶和网靶进行测试的是非接触式立靶,非接触式立靶包括线阵CCD 立靶声靶和光学刻线系统等1声靶是利用由传感器阵列组成的靶面来接收超音速弹丸通过靶面时产生的激波信息,进而计算出弹的着点坐标1声靶用于立靶密集度测量时精度较高,但只适用于超声速小口径弹丸的近距离测量1由于存在偏轴误差和边缘误差,使用条件要求苛刻,致使大靶面的声靶性能不稳定,测量精度差1美国AVL 公司生产的B570光学刻线系统,可以测量亚音速、跨音速和超音速弹丸的过靶速度和着靶坐标,但其靶面尺寸较小,只适用于单个小口径弹丸的射击精度测量,且测量精度不高[1]1线阵CCD 立靶由于摄像机扫描速率的限制,目前只能用于测试火箭弹这样的低速目标[2],而且成本高、维修不便1依天幕靶基本原理而设计的N 形天幕交汇立靶和光纤编码光电立靶,不仅成本低、操作简便、布靶容易、维护方便,而且靶面大、可测试弹种多、测速范围宽121211 N 形天幕交汇立靶多参数测试系统N 形天幕交汇立靶测试系统是最新研制的测试各种枪炮弹丸飞行参数的靶场测试仪器1该系统较天幕靶具有可测参数多、功能强、能实时处理等特点1它可以实时测出弹丸过靶速度、着靶坐标、射频等参数1该系统由天幕交汇阵、计算机数据采集两部分组成1天幕交汇阵由两个托架组成,每个托架上组装有相交成45°的两个天幕的光学系统和电路部分,使用时将两个托架分别推入长度固定的两个燕尾滑槽中,拧紧顶丝即可1这样保证了四个幕间的几何43 西 安 工 业 学 院 学 报 第17卷结构和靶距固定不变,整个系统的测试精度不随使用者的操作水平而变化1计算机数据采集部分采集四个天幕靶的信号,按照一定的数学公式计算出欲测参数1天幕交汇立靶测试系统的工作原理见文献[3],主要性能指标为:(1)测速范围:20～2000m/s ;(2)靶面:60°扇形面,最小1m ×1m ;(3)立靶精度:3.5mm ;(4)测速精度:相对误差≤0.1%;(5)环境温度:-20～50℃;该系统在总参某研究所对7.62步枪子弹进行测试,同时与纸靶相对比,各项技术指标均达到要求121212 光纤编码光电立靶多参数测试系统光纤编码光电立靶由光纤编码天幕靶、炮口管弹序识别器、信号处理电路和计算机四大部图4 光纤编码光电立靶工作原理图分组成1图4所示为光纤编码天幕靶光学系统原理图1它将普通天幕靶的视场利用直径很细的光纤进行M 等分,由于两个相同天幕靶以光轴正交放置,这样,二者的重叠视场就被分为M ×M个小格1为了减少光电器件的数目,将光纤分三层并列排放,第一层将视场N 1等分,第二层将第一层的N 1等分中的一部分再N 2等分,依次,第三层将第二层N 3等分,这样,M =N 1×N 2×N 31将各层中序号相同的光纤聚在同一光电管上,这样光电管的数目(N 1+N 2+N 3)比每个等分光纤端放置一个光电管的方法少N 1×N 2×N 3-(N 1+N 2+N 3)个光电管,大大减少了光电管的数目1图5为光纤编码光电立靶的数学模型分析图1其中,2D 为两个天幕靶间的水平距离;Δα=arctan (M 1×d/f 1);Δβ=arctan (M 2×d/f 2).M 1、M 2分别为成象光纤离视轴中心的光纤个数,d 为光纤的直径,f 1、f 2分别为两台天幕靶的物镜焦距,可以算出X =D [tan (β+Δβ)-tan (α+Δα)]tan (α+Δα)+tan (β+Δβ)Y =2D tan (α+Δα)+tan (β+Δβ)tan (α+Δα)+tan (β+Δβ)-D 坐标系原点相对其中一个天幕靶的坐标为(D ,D ),Δα、Δβ的正负要依其变化方向而定1计算机接收信号处理电路传来的脉冲信号,根据光纤编码表,便可破译出弹丸穿过的具体位置的坐标,计算机采用并行接口,速度快,因而可以测试单管炮连发时的立靶精度1如果对该系统配一炮口管序弹序识别器,便可以测试多管炮在齐射连发时的立靶精度153第1期 倪晋平 王铁玲:光电靶的工作原理及应用 图5 光纤编码光电立靶数学模型由于系统配置计算机,可以实时处理、存贮数据,并根据需要打印/显示任何形式的数据、图形格式1如果要求靶面比较大,可以利用广角天幕靶的原理,采用多个镜头组成的光学系统加大视场,最大靶面可以达到或超过14m ×14m 1该系统的测试精度为半个弹径,其他性能指标可以与天幕靶相比拟1该系统比线阵CCD 立靶速度快、成本低,也便于维护13 其他参数的测试光电靶除了测试速度与立靶精度外,还可用于以下参数的测试:(1)测试全弹道飞行时间;(2)为狭缝弹道相机提供快门启动信号;(3)测试平均射频;(4)测试跳角;(5)测试偏航14 结论光电测速靶,不仅可以室内使用,也可以在户外使用;既可测试轻武器,亦可测试各种口径、各种材质的大口径弹丸;既能水平测试,亦可仰角测试;能测初速,亦可测试靶位速度1N 形光幕交汇立靶可以测试弹丸的着靶坐标,同时还可以兼测着靶速度、射频;光纤编码光电立靶除了可以测试着靶坐标、速度和射频外,同时还能区分多管炮连发齐射时的管序和弹序1光电系列靶经基地及国内部分厂家靶场的实弹测试,技术指标达到要求1该系列靶成本低、操作简单、便于维护,适合大面积推广普及1光电系列靶的研制成功,为我国靶场测试提供了强有力的测试手段,使我国的靶场测试技术向现代化、先进性迈进了一大步1参 考 文 献1 左丹.线阵CCD 立靶在低伸弹道测量中的应用.无线电工程,1993,23(5):57～612 倪晋平等.一体化仰角天幕靶.西安工业学院学报,1996,16(1):27～303 李晋慧等.天幕交汇立靶测试系统精度分析.西安工业学院学报,1996,16(2):125～1294 王铁岭.天幕靶精度分析.兵工学报弹箭分册,1987(2):39～455 李晋慧等.天幕交汇立靶测试系统的数据采集与处理.火炮发射与控制学报,1994(3):59～65(责任编辑 郭俊仓)63 西 安 工 业 学 院 学 报 第17卷。
光电高速物体速度测试系统
光电高速物体速度测试系统1 引言定距测时法又称区截测速法。
它是弹丸在通过间距为Δx精确已知的两点时，产生两个电信号，并利用它们去控制测时仪器，测出物体通过这段距离所需时间Δt，然后根据公式计算出物体通过这段距离的平均速度。
根据区截测速的基本原理，用光电检测的方法设计测试方案，形成大面积激光光幕，能够实现多物体同时测试，能够在强光、烟雾等恶劣环境下工作。
2 工作原理通过测量被测物体通过两个光幕的时间间隔∆t及两光幕之间的距离s，由t=可以得到被测物体的速度。
∆t可通过单片机计时得÷sv∆到，s可通过卡尺精确测出并固定。
数据经单片机处理后输出。
系统结构如图。
3 光路设计将半导体激光光源发出的激光通过透镜形成平行光光幕，再经过透镜将平行光汇聚，由光电探测器件接受。
当物体通过光幕时，光通量发生变化，将变化转化为电信号，作为单片机的中断触发源。
如图：光源透镜光幕光电探测器件4 软件设计数据采集、显示有51单片机完成，程序开始时，定义LED显示字型码及控制字码，并初始化各端口、计数器和中断控制寄存器，然后进入测试等待状态，当弹丸穿过启动光幕时，开启计数器1，当弹丸穿过停止光幕时，关闭计数器1，此时可得到通过两光幕的时间出，然后对数据进行处理，并将得到的速度值送到LED进行显示.5 信号处理单元信号处理单元包括光电信号转换放大电路和比较器电路组成。
光电信号转换放大电路是将高速运动物体通过光幕时产生的光信号转换成电信号，并将电信号放大，根据后一级电路的需要选择合适的电信号的放大倍数。
光电信号转换放大电路如图:由于使用单片机作为数据采集单元的核心，因此经过放大处理后的信号需送入比较器电路，将放大的模拟信号转换成数字信号，但由于信号上叠加有噪声，⋯如若选用单一的阈值比较器电路，将会在阈值附近产生反转，从而产生误触发。
为了有效抑制噪声的影响，肿该比较器电路选用LM311、R和RES组成滞回比较器，比较电路如图5所示，(a)、(b)分别表示启动电路和停止电路[5]。
弹丸初速度测量的两种方式1
弹丸初速度测量的两种方式一、总述目前国内炮弹初速度测量的方法主要有两种：第一种，就是利用多卜勒原理做成的测速仪。
它由高频发射接收装置，放大装置，滤波装置，信处装置，控制装置，以及显示装置和固定装置等组成。
但是，由于炮弹初速极快，可达每秒数千米，完全不同于普通运动目标的速度测量，所以，对系统的性能要求非常高。
比如，要求系统的频率源要很稳定，放大电路的动态范围要很宽，信此类测速系统的造价往往非常昂贵，价位从几十万元到几千万元不等。
第二种，就是利用截取装置，来获得炮弹初速在截取装置的不同截面(该截面是垂直于炮弹的飞行速度的，也就是炮弹飞行方向上的且可以做到很精确，同时炮弹飞过截取平面时靠的是光电或电磁感应，所以响应非常快，利用距离除以时间，从而可非常精确地测量出炮弹的飞行初速度。
目前，广泛使用的几种截取装置是天幕靶、光幕靶、线圈靶、网靶和金属箔靶等几种。
之所以把截取装置叫做什么靶，那是由于该截取装在跑弹飞行方向的前方或平行于炮弹的飞行方向，似乎是要击中，实际上只是穿过或飞过，所以形象地称为什么靶。
由于天幕靶和光幕靶与炮弹非接触，而且不受飞行物材料的限制，使用方便，相对于多卜勒测速仪的价位要低得多，渐渐为广大用户而采用。
二、天幕靶介绍天幕靶是一种新型速度测量区截装置，它主要用于测量直径在3毫米以上，飞行速度在10~3000米/秒，飞行角度在±45度的飞行物体的飞行速度。
由于采用光电原理，所以对飞行物没有材料限制，更不需磁化弹丸等繁琐手续。
使用时将天幕靶机座连接杆的放置角度调整到平行于被测弹道的位置，当弹丸飞过时，Ⅰ靶，Ⅱ靶分别给出起动和停止信"T"，弹丸飞行速度V=S/TS为两靶的间隔靶距，即可测得弹丸飞行速度。
为了提高抗干扰能力可根据被测物的大小选择灵敏度(分3档)。
天幕靶可以测量平行地面飞行的炮弹，也可以测量以一定仰角飞行的炮弹。
性能指标:⒈测量分辨灵敏度:> 3 mm口径⒉测速范围:10-3000 m/s⒊连发测速频率:6000发/分⒋有效测量距离:100-20000 mm(探测镜头与弹道间距)⒌电源:单相交流200-240伏，小于20瓦。
华夏红外光幕测速靶
华夏红外光幕测速靶
魏明明
【期刊名称】《西安工业大学学报》
【年(卷),期】2008(28)3
【总页数】1页(P280-280)
【关键词】红外光幕;测速靶;靶场测试;弹丸速度;精确测量;触发装置;非接触式;光幕靶
【作者】魏明明
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TJ06;TU857
【相关文献】
1.HXHWCS 华夏红外光幕测速靶 [J], 苗静
2.一种红外光幕测速系统的设计与应用 [J], 左兆陆;郑宾;甘潦;邓勇;白福明
3.一种改进型红外光幕靶测速系统 [J], 王红宇;孟立凡;黄广炎;刘春美;王博
4.基于FPGA的测速光幕靶信号滤波处理 [J], 于可心;张光伟;杨超;向阳
5.红外光幕靶测速系统和精度分析 [J], 刘群华;施浣芳;阎秉先;韩峰;蔡荣立
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天幕靶技术研究进展
天幕靶技术研究进展天幕靶是常规靶场常用的测量仪器，因其操作简便、成本低、测试精度高、稳定可靠性好等优点，在测量飞行物体速度、立靶密集度等方面得到广泛应用。
文章分析了天幕靶工作机理，总结了近年来科研工作者在解决天幕靶视场小、灵敏度低、时间信息提取误差大等关键问题时所采用的技术和天幕靶技术的应用，展望了今后的发展趋势。
标签：天幕靶；弹丸速度；密集度；抗干扰；连发测速1 工作机理天幕靶的结构组成主要分成四个部分，即支撑结构、喜好处理电路以及光电探测设备和光学系统。
设备的光电转换主要由光电系统完成，即信号处理电路和光电探测设备、光学系统集体完成，属于典型的光电系统。
天幕靶基于狭缝光阑作用，通过镜头可以形成具有厚度的扇形视场，因此被称作天幕，而天幕靶基于其探测灵敏度，在最大灵敏度下可以探测到的距离即扇形的半径。
在测试过程中，若弹丸冲进天幕中就会遮住部分光能，因而弹丸穿过天幕便会改变光电转换设备中的电流，经过放大以及整形后便可以产生一种脉冲信号，用以替代弹丸穿过天幕的状态。
天幕靶在探测中主要针对光微弱信号进行探测，因而其技术指标即设备的探测灵敏度。
天幕靶主要被用于对高速弹丸进行测试，因而需要具备高度的灵敏性，系统主要对飞行弹丸的描述并且通常采用探测距离进行描述，其衡量标准为倍弹径数。
所以在进行平头弹的探测中，若弹丸长度相比较于天幕厚度略大，灵敏度的表达式为：φ=（1）式中：φ为倍弹径数；f为透镜焦距；a为狭缝光阑的长度；δ为能探测到的最小光通量的相对变化量。
此时探测距离仅与天幕靶性能参数有关。
当天幕足够厚弹丸淹没在天幕中时，其表达式为：φ=（2）式中：d为弹丸的直径；b为天幕靶狭缝宽度。
此时，探测距离还与被测弹丸的参数有关。
天幕靶的设计主要是围绕f，a以及δ的优化展开，最终提高其探测弱信号的能力。
天幕靶在室外使用，环境相对变化会大一些，作为背景的天空由于一天内的时间不同，亮度会发生较大的改变，因而实际试验中，需要设备测试能够自我调节适应天空亮度；另外需要保持较高的灵敏度，同时能够覆盖不同弹丸的弹道高度以及弹丸口径类型；另外在室外使用天幕靶会受到飞鸟飞虫的影响，系统必须具备相应的抗干扰能力以及稳定的工作性能。
国内破片速度测试技术研究近况及发展趋势
磁 收稿日期：２００９－０６－１０作者简介：马光勇（１９７８—），男，山东禹城人，硕士研究生，主要从事兵器工程研究．国内破片速度测试技术研究近况及发展趋势磁马光勇，罗兴柏，张玉令（军械工程学院，石家庄 ０５０００３）摘要：介绍了破片测试方法、测试技术和测试仪器，分析了破片测试技术的发展趋势，为深入研究更有效、更合理的破片速度测试和计算方法提供了参考，拓宽了思路．关键词：破片速度；测试技术；速度测试中图分类号：Ｏ３８１文献标识码：Ａ文章编号：１００６－０７０７（２００９）０９－０１２５－０３ 弹丸爆炸后，其破片的初速度和速度分布规律是研究战斗部威力效应和分析破片飞行规律的重要参数．对破片速度通常采用理论分析计算和试验测试相结合的方法进行研究，而对试验原理和测试方法的研究则是进一步探讨破片速度情况及其衰减规律的一个主要手段．对破片速度测试技术研究现状进行总结分析，有助于拓展研究思路，为研究更有效、更合理的破片速度测试和计算方法提供参考．１ 破片速度测试技术研究近况 破片的速度包含破片的初速分布以及速度衰减等方面的内容．破片速度的测定随测试技术水平及测试手段的状况可以有很多方法，每种方法各有其测定破片在某一测定距离上飞行的手段［１］．常用的破片测速方法有３种：靶网测速法、闪光Ｘ射线照相测速法和高速摄影法．目前许多文献都对这３种测速方法的基本原理和测试特点进行了介绍，这里不再累述．但是，随着他们在试验研究中的应用，这３种基本测速方法的缺点逐渐暴露出来，并且应用范围也越来越有限，这就为测速方法的改进和创新提供了巨大的空间．因此，对测速技术的进一步研究主要是基于以上３种基本方法或者将新的技术和处理方法应用于测试过程．１．１ 基于靶测速法的改进靶测是最主要的测速方法，许多研究就是基于采用不同数量的光幕靶或天幕靶，或者对整个测试系统的改变来寻求较好的测速方法的．倪晋平等［２－５］通过分析研究，分别提出了４个或６个改进天幕靶（或光幕靶）外加数据采集仪、位置标识器等组成测试系统来对破片速度进行测量．在采用４个改进天幕靶时，是和１台计算机测时板组成四靶测速系统，该系统由４个区截装置、多路测时装置和计算机处理系统组成．为了进一步完善和精确测试结果，又引入了狭缝式高速摄影机作为辅助设备，来计算多个弹丸首尾相接时通过光幕靶的各弹丸速度．通过研究后发现，该系统既可测试模拟导弹破片群中每发破片的速度，也可测试多管炮（枪）齐射连发时每发弹的速度．在采用６个光幕靶时，是和１个位置标识器、多路测时仪和计算机组成测试系统来解决战斗部破片过靶位置及过靶速度问题的．这是一种非接触测量方法，并且不要求破片飞行弹道垂直于靶面．该测试系统的核心是１个由６个光幕靶组成的具有一定几何结构的光幕阵传感器．在测试中，光幕靶用于探测破片穿过的时刻，多路测时仪则记录破片穿过每个光幕靶的时间，并依据各时刻值和光幕阵的几何参数，计算出破片速度．该作者还表明，其原理完全可以工程化，且成本较低，进一步工程化后可用于破片群速度的测量．赵锦结合六幕靶的测试原理，通过测量多个破片的飞行速度和飞行姿态角，推导出了速度衰减系数，并根据速度衰减系数实现了破片群初速的确定，同时对沿战斗部轴向的破片初速进行了探讨，该方法能更准确地表示战斗部的初速分布．马永忠［６］等则在七路放置七个测速靶，用于记录弹丸爆炸后从破片爆炸中心到各靶的飞行时间，从而求出了不同角度破片的速度，得出了符合实际情况的破片初速分布曲线．张毅等［７］研制出了多通道便携式破片速度测试系统．系统主要由断（通）靶装置、２台破片速度测试系统和ＰＸＩ总线高速数字采集系统组成．其工作原理是：当破片穿过靶网（金属箔靶）时，靶网通断（断通），由破片速度测试系统产生一对应的ＴＴＬ电平下降沿（上升沿）跳变信号，此时将破片速度测试系统的输出信号通过高速ＤＩＯ数字采集卡直接存入计算机硬盘，再通过专用测试软件判读出各通道的跳变信号与起始信号间的时间差，即可由爆心到靶网的距离求出破片的飞行速度值．该系统对通断靶或断通靶第３０卷 第９期四川兵工学报２００９年９月均适用，并且可灵活组建测试通道以准确可靠地获得测试数据．１．２ 基于高速摄影法的改进黄正祥［８］等摸索出了采用高速摄影和序列测时仪等测量破片速度的方法．同时对高速摄影法和电测法作了详细的对比，发现高速摄影的碰击法与电测法中的测时仪法和采用时间序列的测时仪法得到的最大破片速度值很接近，但速度散布时间序列测时仪法得到的值偏大，而碰击法的速度散布比较低．作者分析了原因，并提出了序列法还有待进一步改进的想法．黄正祥和李良威［９］采用激光－高速摄影系统对小口径榴弹破片的飞散速度进行了测量，并且发现用该系统测量距起爆榴弹较近范围内的破片飞散速度是可行的，同时通过照片还可观测飞散破片的形状、大小等．作者还对采用激光－高速摄影系统测量小口径榴弹破片飞散速度时所具有的技术优势进行了阐述，并指出该系统是得到破片飞散速度真实值的最好方法之一．１．３ 其他技术在测速方法中的应用王珂［１０］等通过对测速靶测速方法和Ｘ射线摄影法的介绍分析，指出了在爆炸试验中，如果要对破片的速度参数进行精确测量，就必须依靠数字图像处理技术对图像进行增强处理，并将目标与背景分离．利用该方法，作者得到的速度值与理论计算以及其它方法测得的速度值基本吻合，表明合理设计试验并利用数字图像处理技术测量破片的速度参数，具有一定的可行性．洪建华等［１１］通过ＯｐｅｎＣＬ的破片射击迹线仿真可视化程序实现了战斗部爆炸与破片飞散过程中的各参数曲线和各状态的三维破片场静态图形的显示，分别获得了破片飞散角分布图、破片密度分布图以及破片初速沿战斗部轴线的分布图等．该研究方法的主要思路是：采用ＯｐｅｎＣＬ标准图形函数库，通过ＶＣ＋＋６．０平台编程实现图像显示，并建立与原评估编码的接口程序，来实现破片场及相关评估结果的图形显示和输出．这种破片场仿真方法为进一步全面分析破片的参数和飞行规律提供了新的思考．仲凯等［１２］分别用数值模拟和试验２种方法研究了不同装药长径比的破片轴向飞散战斗部在单点起爆与平面起爆２种方式下的速度分布特征．数值方法采用了动力学软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ模拟长径比分别为０．６，１．０，１．５，２．０的战斗部在２种起爆方式下的速度分部特征；试验则研究采用了“一入七出”的爆炸网络系统，可以保证多点起爆的同步性．通过研究后发现，数值模拟和试验研究具有良好的一致性．结果表明：装药端面中心位置处破片速度最高，沿径向大致呈抛物线趋势衰减；随着长径比的增大，破片速度增大，但增大幅度趋缓；相对于中心单点起爆，平面起爆提高了装药爆轰的瞬时度，减弱了爆轰产物气体侧向稀疏作用，能够有效提高破片速度，且速度增益在中心位置处最大，沿径向增益趋缓；就装药结构来说，长径比越大，速度增益越小，平面起爆就更能有效地提高小长径比战斗部的破片速度增益．孙新利等［１３］基于ＤＹＮＡ３Ｄ程序，对复杂预制战斗部的动态爆炸过程进行了三维数值模拟，获得了破片的动态空间飞散特性分布规律和破片速度分布，即破片散布范围和破片速度分布．２ 测试技术发展趋势分析２．１ 加强动态爆炸下非接触速度测试技术的研究国内对破片速度的测量，大都在静爆条件下进行，而对动态爆炸后产生的破片速度测量研究则较少．高速摄影装置和脉冲Ｘ射线摄影法虽然可以实时记录破片的影像，但对动态爆破的多个破片识别难度较大，同时对与预想弹道成大角度飞行的破片，测试误差较大．此外，在测试过程中，动态爆炸后，破片的飞行角度对测量精度有很大影响，故对战斗部破片非接触测量的技术研究也较少［３－４］．因此，为了使试验结果更接近实际，就必须加强动态爆炸下非接触速度测试技术的研究．２．２ 进一步加强新技术应用于测试技术中仿真、数值模拟以及数字图像处理等技术的发展，为更准确地处理测试信息、节约研究经费开支、更系统更全面的对破片飞行速度进行研究提供了可能．目前，仿真技术和数字图像处理技术等已经开始应用于战斗损伤和破片飞行规律的研究中［１４－１６］，并且发现，这些技术的应用对破片飞行速度和损伤效能的研究具有十分重要的意义．研究如何取得更加真实的仿真效果，使战斗部破片速度和飞行规律能更直观地显现出来，以及研究如何利用ＡＮＳＹＳ等软件实现破片有关参数和规律的数值模拟，对更加高效、节约、合理地开展破片速度测试技术研究将提供重要的技术途径．２．３ 与理论分析发展相适应对破片速度进行研究，通常采用理论分析计算和试验测试相结合的方法．将理论计算的结果与试验测试结果进行对比分析，其结果可作为评估和改进测试方法和测试仪器的依据；或者通过理论分析得到计算弹丸破片有关参数的数学模型，再由试验得到计算破片参数所需要的数值，最后通过数值分析，得到破片速度参数和衰减规律．因此，结合先进的理论分析方法，获得破片参数的计算模型，以指导破片速度测试方法的设计，或者获得测试数据更合理的数据处理方法，对更加合理地设计和评价破片速度测试系统具有重要的意义．２．４ 加快研究成果工程化的实现步伐新技术的发展提高了测试研究的准确性，故如何将更先进、更适合的技术转为工程化技术，以减少生产成本和试验资金成本，简化操作程序，建立更加真实的测试环境，对破片速度的研究真正起到重要作用，是进行科学研究的最终目的．因此，要实现对破片速度更广泛、更深入的研究，必须加快研究成果工程化的实现步伐．参考文献：［１］ 张国伟．终点效应及其应用技术［Ｍ］．北京：国防工业６２１四川兵工学报出版社，２００５．［２］ 倪晋平，李晋惠，王铁岭，等．一种新的模拟导弹战斗部破片群单个速度测试系统［Ｊ］．西安工业学院学报，１９９９，１９（４）：２７４－２７８．［３］ 倪晋平，杨雷．能识别破片群飞行方向和位置的速度测量方法［Ｊ］．兵工学报，２００７，２８（１）：３３－３７．［４］ 赵锦，倪晋平．光幕靶测量破片群初速的方法［Ｊ］．测试技术学报，２００７，２１（３）：２１４－２１８．［５］ 倪晋平，田会，杨雷，等．战斗部破片速度光幕靶测量方法研究［Ｊ］．光学学术，２００８，３４（１）：１５２－１５５．［６］ 马永忠，李其祥，杨光，等．对弹丸破片速度衰减规律的探讨［Ｊ］．弹箭与制导学报，２００２（３）：５９－６４．［７］ 张毅，张荣，何荣建，等．多通道便携式破片速度测试系统［Ａ］．四川省电子学会传感器专委会第九次学术年会会议论文［Ｃ］．２００５：２１４－２１７．［８］ 黄正祥，高森烈，李良威，等．小口径弹丸破片的测速方法研究［Ｊ］．南京理工大学学报，２０００，２４（５）：４６６－４６８．［９］ 黄正祥，李良威．激光高速摄影系统在破片飞散速度测量中的应用［Ｊ］．光子学报，２００７，２９（Ｚ１）：３２９－３３２．［１０］马宏伟，王珂，李艳，等．基于数字图像处理的破片速度参数测量［Ｊ］．测试技术学报，２００４，１８（４）：３５５－３５８．［１１］洪建华，卢安文．基于ＯｐｅｎＧＬ的破片射击迹线仿真研究［Ａ］．图像仿真信息技术———第二届联合学术会议论文集［Ｃ］．２００２：１４１－１４９．［１２］仲恺，袁宝慧，许碧英，等．破片轴向飞散战斗部破片速度的分布规律［Ｊ］．火炸药学报，２００８，３１（３）：２０－２４．［１３］孙新利，姬国勋，孟会林等．战斗部动态爆炸破片速度与散布场的数值模拟［Ｊ］．弹箭与制导学报，２００４，２４（２）：３０２－３０５．［１４］米双山，何剑彬，张锡恩，等．战斗损伤仿真中的等效靶与破片终点速度研究［Ｊ］．兵工学报，２００５，２６（５）：６０５－６０８．［１５］智小琦，刘炜，陈秀文，等．破片斜侵彻靶板弹道极限速度分析［Ｊ］．弹箭与制导学报，２００６，２６（６）：４００－４０２．［１６］杨云斌，屈明，钱立新，等．破片战斗部威力仿真方法与仿真软件研究［Ｊ］．计算机仿真，２００７，２４（１０）：１４－１９．（上接第９５页）４ 结束语 通过建立信息化条件下地空导弹装备综合保障指标体系，为在研新装备确定保障性参数和分配保障性指标提供了参考依据；通过利用多层次模糊综合评判理论对装备的综合保障特性进行评估，可以找出影响地空导弹武器装备保障特性的主要因素，以便于采取针对性措施，从而最终提高装备的综合保障能力．参考文献：［１］ 张俊福，邓本让，朱玉仙．应用模糊数学［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９８．［２］ 秦英孝．可靠性、维修性、保障性管理［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００３．［３］ 史向峰，张琳．地空导弹武器装备综合保障能力评估模型研究［Ｊ］．战术导弹控制技术，２００７，１５（１）：１５３－１５６．［４］ 张晓康，贾红丽，赵苏．装备保障信息化评价指标体系的构建与分析［Ｊ］．物流科技，２００６，２９（１２）：８１－８３．［５］ 陈水利，李敬功，王向公．模糊集理论及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６．［６］ 韩晓明，赵杰．决策理论与实用决策技术［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，２００２．［７］ 李斌，陈以，韩元杰．模糊证据理论综述［Ｊ］．兵工自动化，２００５（３）：７９－８１．７２１马光勇，等：国内破片速度测试技术研究近况及发展趋势。
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接收装置电路组成
光电转 前级放 换电路 大电路
后级放 大电路
信号整 形电路
弹
弹
尖
底
信号驱 动电路
模拟信 号输出
抗干扰 电路
数字信 号输出
22
I1
I2
前级放大电路
23
后级放大电路
24
弹丸过靶信号波形图
25
光幕 h
L D
弹丸飞 行方向
(a) 弹尖进入光幕
光幕
L D
h
弹丸飞 行方向
(b) 弹头全部进入光幕
18
设计电路时须考虑流经每一个LED的电流大小， I=1.25/R3，以及每一个LED上的压差（1.5V）。 19
20
2.5.3 探测器选择与电路设计
光电探测器的选择至关重要，选择的光电探测器 要求暗电流要小；响应光谱峰值尽量与光源匹配， 而且尽量要求远离可见光，以免环境光造成干扰； 响应频率相应要高，也即动态响应特性要好，否 则无法探测到破片等高速小物体，一般应在500K 以上；灵敏度要高。
激光光幕靶
HG-2002型光幕靶
8
XGK-2002型光幕靶
XGK-2002型光幕靶
9
B471光幕靶
10
LS04型光幕靶
LS1200型光幕靶
11
2.4.4 光幕靶的工作原理
光幕探测器主体由两部
分组成：发射装置和
接收装置，右图是光 幕靶探测器主体的示 意图。
发
L2
射 装
置
L1
接 收 装 置
光幕
兵器靶场光电测试技术
姓 名：田 会 E-mail:tianh80@
2010.3.24
1
第二章 弹丸速度光电测试技术
• 2.4 光幕靶原理 • 2.5 光幕靶设计
2.5.1 光幕靶结构设计 2.5.2 光源设计 2.5.3 探测器选择与电路设计 2.5.4 后续处理技术 2.5.5 曳光弹、破片、低音速弹测速设计
发光LED
PIN光电 二极管
从主视图看，多组LED与光电二极管的视场
可以拼接，使得整个幕面光能量均匀；
从俯视图看，光幕具有一定的幕厚。幕厚对
测速精度有影响。
16
17
2.5.2 光源设计
光源采用LED红外发光二极管，设计的电路采 用恒流源电路，使得每个LED发光均匀。 对LED的要求：发光稳定，不允许有闪烁；功 耗小；使用寿命长。
U5 mid
U' 4 mid 3
U2 jian 1
Udi 0
信号2 信号1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
T T' jian jian
T Tmax Tmid d'iTdi
28
常规弹底触发电路图
29
半峰值触发电路图图 30
触发信号波形图
31
抗干扰电路信号流程图
32
33
14
2.5 光幕靶设计
2.5.1 光幕靶结构设计 XGK-2002型光幕靶采用铝型材做为靶体材料，
配合相应的铝板做为面板，内部采用铝板连接， 同时在铝板上切割出相应的狭缝做为光阑，用以 抑制杂散光。内部放大电路采用屏蔽盒屏蔽。光 源与接收装置采用铝型材连接或直接安装在靶架 上。
15
光阑1
光阑2
光阑3
...
光阑2 光阑3
光 电 探 测 器
13
在弹丸穿过光幕时会遮住一部分光线， 此时接收装置中的光电探测器接收到的光 通量发生变化而产生微弱变化的光电流信 号，经过电路处理，将微弱变化的信号放 大、整形最终以数字信号输出。弹丸依次 穿过两个光幕，测时系统记录弹丸穿过两 个光幕靶间的时间，依据距离与时间的关 系可测得弹丸在该区截段内的速度。
34
35
36
37
38
39
2.5.5 曳光弹、破片、低音速弹测速
• 曳光弹：因弹头在飞行过程中尾部喷火，产生的 火光干扰弹丸过靶信号；
• 破片体积小，一般仅有3～5mm，飞行速度高， 最高可达2600m/s，飞行弹道不规律；
• 低音速弹：因弹头飞行速度低于音速，声音穿过 光幕时压缩空气，产生冲击波，引起光幕发生变 化；
光幕
L D
h
弹丸飞 行方向
光幕
L
D
h
弹丸飞 行方向
(c) 弹底到达光幕中心
(d) 弹底离开光幕
弹头穿过光幕示意图
26
U/V
U max
U mid
U jian
U di
t jian
t t t t t max1 max max 2 mid di t/us
光幕靶输出弹头过靶信号
27
Umax9 8
U' 7 max6
2
钢板靶
3
线圈靶，内部有励磁线圈和感应线圈。
4
2.4 光幕靶原理
• 1. 光幕靶与天幕靶的区别 • 2. 光幕靶的主要应用场合 • 3. 目前国内外主要使用的光幕靶 • 4. 光幕靶的工作原理
5
2.4.3 国内外主要使用的光幕靶
XGK-91型光幕靶
镜头式光幕靶
6
XGK-91型光幕靶内部结构图 7
12
XGK-2002型光幕靶采用红外 发光二极管组成的线列阵作为 发射装置的光源，该光源形成 的发光面可以近似认为是均匀 的。发射装置的光经过光阑进 入接收装置的光电探测器件， 光阑与发射装置的共同作用， 在发射装置与接收装置之间就 形成了一个具有一定厚度的薄 形光幕面，称之为光幕。
光阑1
近平行光幕
40
曳光弹过靶波形
4片过靶波形
43
低音速弹过靶波形
44
滤波后低音速弹过靶波形
45
作业：激光雷达测量弹丸飞行速 度的工作原理 可将作业发送至邮箱： 田 会：tianh80@
46