CN100570269C - 大靶面光幕靶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大靶面光幕靶，用于30mm口径以下炮弹或枪弹或爆炸破片速度的测量，是一种有效面积大于1000mm×1000mm的光幕靶，采用线列阵发射装置和接收装置，并设置的两道光阑将成锥体状发光空间限制为薄片状；由于成线列状排列的发光器件和接收器件，可以无限制的扩展排列长度，因此本发明的线状发光光源尺寸可以超过目前所有光幕靶的尺寸；且有效靶面可以根据用户使用要求，按任意尺寸设计，并采用数字滤波，将冲击波干扰、蚊虫干扰滤除，提高了系统工作的稳定性。

Description

大靶面光幕靶

技术领域

本发明涉及弹丸的内弹道测试领域，特别涉及一种测量30mm口径以下弹丸飞行速度的大靶面光幕靶。

背景技术

在武器装备的研制和生产中，弹丸速度和射频参数是需要经常测试的关键参数。在弹丸速度测量领域已经有一系列测试仪器和装备。较为常用的是区截装置与测时仪共同组成测速系统，目前国内靶场普遍使用的区截装置是线圈靶、天幕靶以及小靶面光幕靶，他们都是采用非接触式测试原理探测弹丸的过靶时刻。大口经弹丸的测速一般在室外进行，采用天幕靶测速。小口径弹丸的测速场地在室内或半室内，由于场地上空的天空被遮住，无法采用天幕靶，所以需要对天幕靶配置人工光源方可以完成测速，如中国专利CN 1046975A中所提发明，但是它存在着布置难度大，靶距很难精确标定。光幕靶与天幕靶相比，可以全天候、在室内外均可使用，但是目前国内靶场使用的TJ-1型激光靶、XGK-91型光幕靶、B470、B471光幕靶的有效靶面都较小，用于测试小口径弹丸能够满足要求，但用于较大口径弹丸的测试则存在一定的安全隐患。线圈靶与天幕靶、光幕靶相比，不能测试非金属材质的弹丸，加之材质的磁性对测速数据影响较大，已处于逐步淘汰状况。一些靶场要求测试25mm、30mm弹丸的初速，现有测速光幕靶无法使用；14.5mm脱壳弹的测试中，存在脱壳现象，也要求测速光幕靶的靶面要大。据悉，国外已有较成熟的大靶面光幕靶测试系统，比如B471光幕靶，但价格昂贵，安装、调试以及后期维护较为不便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种全天候，在室内外均能对大口径弹丸的单发、连发测速的大靶面光幕靶。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括靶架以及在靶架的同一平面对称设置的发射装置和接收装置，所说的发射装置和接收装置为线阵列结构，且在发射装置和接收装置的光路中分别设置有两道发射光阑和接收光阑，接收装置的输出端还与信号处理电路相连接；光幕靶有效面积大于1000mm×1000mm；线接收视场的宽度为1000mm；发射光阑和接收光阑的宽度为1mm。

本发明的另一特点是：发射装置包括至少一个独立的发光点光源的LED发光二极管和与发光二极管并联的限流电阻；接收装置包括多个并联的两组以上的由红外光敏二极管组成的接收器以及与接收器电联接的上拉电阻和耦合电容，每组并联的红外光敏二极管分别联接各自的上拉电阻和耦合电容，不同组的耦合电容的另一端并联与信号处理电路相连接；信号处理电路包括信号放大电路，弹尖弹底触发电路和抗干扰处理电路，其中抗干扰处理电路包括触发器、十进制小数位计数器、十进制个位计数器、十进制十位计数器和比较器，接收装置的不同红外光敏二极管组的耦合电容的另一端并联，并与信号处理电路的放大电路联接，放大电路的输出与弹底触发电路的输入联接，弹底触发电路的输出与触发器的输入端相连接，触发器的输出端与计数器相连接，计数器的输出端与比较器相连接。

由于本发明的发射装置和接收装置为线列阵，并设置的两道光阑将成锥体状发光空间限制为薄片状；由于成线列状排列的发光器件和接收器件，可以无限制的扩展排列长度，因此本发明的线状发光光源尺寸可以超过目前所有光幕靶的尺寸；且有效靶面可以根据用户使用要求，按任意尺寸设计，并采用数字滤波，将冲击波干扰、蚊虫干扰滤除，提高了系统工作的稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1的A-A剖视图；

图3是本发明发射装置2的电气连接图；

图4是本发明接收装置3的电气连接图；

图5是本发明接收信号处理电路流程图；

图6是本发明信号处理电路7的电路原理图；

图7是本发明靶架的结构示意图，其中图7(a)为分离式靶架的结构示意图，图7(b)是一体化靶架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，2，本发明包括靶架1以及在靶架1的同一平面对称设置的线阵列结构的发射装置2和接收装置3，且在发射装置2和接收装置3的光路中分别设置有两道宽度为1mm的发射光阑4和接收光阑6，发射装置2与接收装置3之间形成了一个具有一定厚度的薄形光幕面5，接收装置3的不同红外光敏二极管组的耦合电容10的另一端并联，并与信号处理电路7相连接。在弹丸穿过光幕面5时会遮住一部分光线，此时接收装置3中的红外光敏二极管接收到的光通量发生变化而产生微弱变化的光电流信号，经过信号处理电路7放大处理，将微弱变化的信号放大、整形最终以数字信号或模拟信号输出。弹丸先后穿过两个光幕面5，测时系统记录弹丸穿过两个光幕面5间的时间，则按下式即可计算出弹丸穿过两光幕靶间的平均速度。 $v=\frac{S}{T}$ 式中，S为两个光幕靶幕面的距离，称为靶距，T为两个光幕靶探测的过靶时间。

参见图3，本发明的发射装置2包括多个独立的发光点光源的LED发光二极管和与发光二极管并联的限流电阻8。发射装置中共采用φ5红外发光二极管200个，波长为850nm，电源采用直流24V，供电电流为450mA，形成的线光源有效长度为1000mm。LED发光二极管组成的大尺度线性光源阵列，其光能量照度均匀，功耗较低，一般电源箱即可正常供电，发射装置2的发光二极管属于均匀漫射体，在其发光立体角范围内，发光亮度在各个方向上都是相等的。为了满足大视场线光源的需要，将多个发光二极管并联在一起，通过限流电阻8形成恒定电流，每一个二极管都作为一个独立的发光点光源，它们发出的光由于叠加而使光能量得到增强，同时也扩大了接收视场。为了形成预定宽度的光幕面5，在发光二极管前面加入了两个发射光阑4。

参见图4，接收装置3包括并联的多组由红外光敏二极管组成的接收器以及与接收器电联接的上拉电阻9和耦合电容10，不同组的耦合电容10的另一端并联与信号处理电路7相连接。由于受红外光敏二极管的接收能量的限制，本发明将40个接收器红外光敏二极管作为一组，整个靶面共分为五组，接收装置3采用的红外光敏二极管的有效接收面积为5mm×5mm，最终组成的线接收视场的宽度为1000mm。发射装置2发出的光线经接收装置3的两条光阑6后，进入接收器件，这样可以有效的避免外界光线和枪口火光的干扰，提高整个系统的可靠性，而每一组红外光敏二极管采用独立的100K上拉电阻9与0.1μF的耦合电容10，五组接收器件在信号输出的远端并联在一起，进入信号处理电路7，经放大、整形。这样，当任何一组接收器件产生过靶信号时，二极管接收阵列接收到的光能量发生了变化，产生微弱变化的电信号，信号处理电路7都会对其进行放大、滤波、整形。从而实现了大尺度线性接收。

参见图5，被测弹丸穿过光幕面5时，接收装置3的红外光敏二极管接收阵列接收到的光能量发生了变化，产生微弱变化的电信号，信号处理电路7将接收装置3采集到的信号进行放大、滤波、整形、抗干扰处理，最后经过驱动电路输出至驱动测时电路。该信号经过前级放大电路放大后，分为两路，一路作为模拟信号输出，可以用示波器观察该信号的波形，也可以用信号采集仪采集该信号以作进一步的分析。另外一路经过触发电路完成弹尖与弹底触发时刻的选择，然后进入抗干扰电路模块，抗干扰模块电路采用ALTER公司的EPM7128SLC84-15芯片实现。经过该电路后，正确识别出弹形信号，滤除其他干扰信号，只有弹丸信号输出，最后经过驱动电路输出。

参见图6，本发明的信号处理电路7包括信号放大电路，弹尖弹底触发电路和抗干扰处理电路，其中抗干扰处理电路包括与接收装置3弹底触发电路输出端与触发器11，触发器11的输出端与计数器12、13、14相连接，计数器12、13、14的输出端与比较器15相连接。计数脉冲输入时钟脉冲的晶振频率为10MHz，即时钟脉冲为0.1us。当输入脉冲信号触发触发器11时，触发器11输出端Q输出高电平，其持续的高电平时间与输入信号高电平时间相同。同时，计数器12、13、14开始工作。计数器12为小数位，计数器13和计数器14分别为个位和十位，将计数器的输出端连接到比较器15上。信号处理电路7，当弹丸穿过幕面时，遮挡住一部分光线，使进入接收器件的光通量发生变化，产生了微弱的电信号。当输入信号宽度大于20μs时，其输出端输出低电平，以便于后续电路检测该信号的宽度。按同样的方法可以检测出蚊虫干扰信号。由于在不同的弹丸的测试中，尤其是近音速弹丸的测试中，冲击波或者声波的干扰较为严重，常常使测试数据严重失常。通过对不同的信号的特性进行分析，采用识别弹丸过靶信号的宽度，信号处理电路7自动滤除比弹信号宽度小的信号如冲击波信号，滤除比弹信号宽度大的信号如蚊虫信号，大大的提高了测试可靠性。弹丸、蚊虫和冲击波信号的脉冲宽度差别很大：冲击波信号宽度在10μs左右，弹丸信号在60-120μs左右，低速的“蚊虫”信号则可以到达ms级。因此通过识别放大后的信号脉冲宽度，通过脉冲计数器，就可以区分出弹丸信号、蚊虫信号和冲击波信号，从而就可以把冲击波和蚊虫信号滤除。

参见图7，本发明的靶架1可采用分离式靶架和一体化靶架，。

本发明的发射装置2和接收装置3使用了线阵列结构实现大靶面可以按任意尺寸设计。信号处理电路7中采用数字滤波技术，减少了光幕靶误触发的几率。考虑到试验现场条件有时较为恶劣，如夏天时蚊虫较多，若穿过光幕面，则会触发电路产生错误的过靶信号；或者试验弹丸速度在音速附近，弹头波和枪口声波同有效弹形信号交叠在一起，数字滤波电路自动完成识别弹丸信号，将非弹丸信号滤除掉，提高了系统工作的稳定性。

Claims (4)

1、大靶面光幕靶，包括靶架[1]以及在靶架[1]的同一平面对称设置的发射装置[2]和接收装置[3]，其特征在于：所说的发射装置[2]和接收装置[3]为线阵列结构，且在发射装置[2]和接收装置[3]的光路中分别设置有两道发射光阑[4]和接收光阑[6]，接收装置[3]的输出端还与信号处理电路[7]相连接；光幕靶有效面积大于1000mm×1000mm；线接收视场的宽度为1000mm；发射光阑[4]和接收光阑[6]的宽度为1mm。

2、根据权利要求1所述的大靶面光幕靶，其特征在于：所说的发射装置[2]包括至少一个独立的发光点光源的LED发光二极管和与发光二极管并联的限流电阻[8]。

3、根据权利要求1所述的大靶面光幕靶，其特征在于：所说的接收装置[3]包括多个并联的两组以上的由红外光敏二极管组成的接收器以及与接收器电联接的上拉电阻[9]和耦合电容[10]，每组并联的红外光敏二极管分别联接各自的上拉电阻[9]和耦合电容[10]，不同组的耦合电容[10]的另一端并联与信号处理电路[7]相连接。

4、根据权利要求1所述的大靶面光幕靶，其特征在于：所说的信号处理电路[7]包括信号放大电路，弹尖弹底触发电路和抗干扰处理电路，其中抗干扰处理电路包括触发器[11]、十进制小数位计数器[12]、十进制个位计数器[13]、十进制十位计数器[14]和比较器[15]，接收装置[3]的不同红外光敏二极管组的耦合电容[10]的另一端并联，并与信号处理电路[7]的放大电路联接，放大电路的输出与弹底触发电路的输入联接，弹底触发电路的输出与触发器[11]的输入端相连接，触发器[11]的输出端与计数器[12、13、14]相连接，计数器[12、13、14]的输出端与比较器[15]相连接。

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