CN101943549B - 全天候测速天幕靶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全天候测速天幕靶，在现有的镜头组的箱体式天幕靶探测靶体两旁安装有一字线结构光激光器，所产生的扇形光面与镜头组产生的光幕在同一平面内，本发明将作为辅助光源的一字线结构光激光器与探测靶体固定安装，既当光源，还指示了天幕靶的光幕位置，利用处于天幕靶探测靶体的正上方的反射膜体，使其对激光的反射光进入探测镜头，弹丸穿越天幕靶光幕和激光光幕时，引起的光通量变化经过光电转换和信号处理后送计时仪或数据采集装置。对不同的反射膜体设计了对应的电路。本发明实现了全天候测试，不受天空亮度变化的影响，不受昼夜交替和晴雨天气变换的影响，布靶简单，位置容错性较强，造价成本低廉，实现了弹丸速度全天候测试。

Description

全天候测速天幕靶

技术领域

本发明属于靶场测试技术领域，主要涉及采用光电技术测量各种口径弹丸飞行速度的天幕靶测量装置，特别涉及一种室外使用的天幕靶，具体是一种全天候测速天幕靶。

背景技术

在枪、炮、弹、发射药的研制和生产中，弹丸初速是需要经常测试的关键参数。目前在生产校验靶场较为常用方法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、天幕靶以及光幕靶，它们都是采用非接触式测量原理探测弹丸穿过探测区域的时刻。天幕靶由于体积小、重量轻、操作简便、性能可靠在靶场广泛使用。现有的天幕靶，由于工作原理的限制在使用时必须对准具有一定亮度的天空，因此一般在室外进行，在夜间无法工作。室外使用天幕靶的某些实弹试验，由于各种条件影响，试验有时延续到天黑，此时迫切需要能在夜间工作的天幕靶。有时候，正在试验遭遇雷雨阴天或小雨天气，由于乌云遮住了天空，影响了天幕靶工作需要的足够的天空亮度，使正在进行的试验中断；雨水的累计也会造成天幕靶的工作性能。综上所述，实际试验当中，需要能不受天空亮度影响的天幕靶，并能在夜间工作，天幕靶要有防雨水功能。

要使天幕靶不受天空亮度影响，必须使用人工光源，使天幕靶视场对准的背景区域变亮，且其亮度足以保证天幕靶正常工作。配备人工光源的天幕靶，不受天空亮度的影响，从而能在室内和夜间使用。本技术领域的技术人员对基于天幕靶的测速装置不断改进，希望能在天空亮度较暗时使用，也能在室内进行速度测试。如中国专利ZL 200420086340.2中提及的天幕靶光源。该光源虽然可以满足以上要求，但布设极为困难。布设天幕靶时，要求天幕靶的两个光幕相距一定靶距并平行，配置的人工光源也必须严格平行，并在天幕靶的视场内，这样使得布靶难度加大；特别是当天幕靶置于弹道下方时，将光源架设在天幕靶的正上方难度更大。还有在国内靶场大面积使用的XGK-2002型光幕靶，由于采用LED光源，可以在夜间工作，既可以在室内也可以在室外使用。但由于光幕靶靶面有限，加之在弹丸穿过区域有支撑仪器用框架，有被弹丸击中的风险，对一些附带有卡瓣和弹带的弹丸，无法使用。

本发明的发明人对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本发明的目的

本发明的目的是针对天幕靶在室外使用受天空亮度影响的问题、附加辅助光源成本高的问题、存在辅助光源还有可能被弹丸击中的问题，加之辅助光源在布靶时位置要求精确，也让整个布靶工作繁杂而困难。为解决上述问题，提供一种在室外打靶测试，基本上不受天空亮度的影响，甚至不受昼夜交替和晴雨天气变换的影响，布靶简单，位置容错性较强，造价成本低廉的全天候测速天幕靶。

以下是本发明实现的技术方案介绍：

本发明是一种全天候测速天幕靶，包括有：安装有形成天幕的镜头组的箱体式天幕靶探测靶体、计时仪或数据采集装置、专用处理电路、镜头组包括有：光学镜头、狭缝光阑、光电探测器件；专用处理电路安装在天幕靶探测靶体箱体内，其特征在于：该全天候测速天幕靶还包括有：反射膜体，反射膜体处于天幕靶探测靶体的正上方，在箱体式天幕靶探测靶体的镜头组两旁各安装有一字线结构光激光器，在探测靶体箱体一侧的面板上设置有工作开关，需要时打开工作开关，激光光源进入工作，一字线结构光激光器产生的扇形光面与镜头组产生的光幕在同一平面内；所述专用处理电路的后级放大电路分为两路，一路为同相放大电路，另一路为反相放大电路，在天幕靶探测靶体箱体一侧的面板上设置有该电路选择开关，根据探测需要，拨动开关可以在两种不同的反射膜体之间转换。光学镜头组安装有镜头防护罩。

本发明给现有的测速天幕靶装置配置激光光源，与反射膜体共同作用，能在全天候状态下保证天幕靶正常工作，若遇天空亮度不足的情况，打开激光光源，激光在碰到反射膜体后反射回来进入天幕靶探测镜头，简称镜头，到达天幕靶光电探测器件敏感面，使天幕靶获得所须的捕捉信号，保证测试工作在室外的任何天气和亮度环境能够连续进行，实现全天候工作。配置的激光光源，其射出的一字线光束就在天幕靶的光幕内，或者说与光幕共面，既能当作光源使用，还可以用于指示非可见的天幕靶光幕位置。

激光发光器件采用半导体激光器，经过柱面镜将激光束扩展为一字线形状，这样形成的激光光束为一点发射的扇形光源，在任何垂直扇形面与光束面交汇处光束呈一字线形状。在一字线光束路径上放置反射膜体，其反射回的光线进入天幕靶镜头，到达天幕靶探测器件敏感面。

本发明的实现还在于：反射膜体是条状的弧形原向反射膜，通过位于天幕靶探测靶体外侧的反射膜支撑架固定安装，条状的弧形原向反射膜沿长度方向呈弧形横跨天幕靶探测靶体之上安装在反射膜支撑架上，反射膜支撑架高度和宽度均可调节，条状的弧形原向反射膜宽度大于反射膜安装位置的天幕截面厚度，其长度以遮住天幕靶视场所需要的弧长为弧长最小值，其曲率范围控制在以一字线结构光激光器入射光的入射角不大于30°为准；专用处理电路的后级放大电路中的反相放大电路用于放大反射膜体为弧形原向反射膜的电路信号。

条状的弧形原向反射膜造价成本低，且具有反射光发散角度较小的特性，当一字线结构光激光器的发射光束碰到条状的弧形原向反射后会以小于0.1度的反射角返回，该反射光被天幕靶镜头后的光电探测器件接收，当有弹丸穿越探测光幕时，遮挡住了部分进入天幕靶镜头的光线，由于到达光电探测器件上的光线有所减少，所以前级放大电路产生一个反相模拟信号，专用处理电路的后级放大电路中的反相放大电路用于控制反射膜体为弧形原向反射膜的接收信号，因捕捉信号是反相模拟信号，需要通过天幕靶探测靶体箱体一侧的面板上设置的电路选择开关进行选定，即该信号通过专用处理电路的后级放大电路中的反相放大电路进一步放大，再经触发电路将该信号转换为正脉冲信号，用于触发计时仪。条状的弧形原向反射膜体应用成本低廉的材料制成，即使发生打靶过程中因弹丸散布误伤器械，造成的损失也会减少。

重要之处还在于条状的弧形原向反射膜的宽度大于天幕靶光幕面和一字线激光器扇形光幕的厚度，所以在布靶时，条状的弧形原向反射膜的位置只要能覆盖天幕靶和一字线激光器的探测范围即可，没有更多的严格要求，因此相对于其他辅助光源布置时的精度要求，本发明因为条状的弧形原向反射膜的布置较为方便和快速，也使得在打靶试验前期的布靶工作大大节省时间，提高了工作效率。

本发明的实现还在于：反射膜体是丸状的反射膜体，具体就是被测的过靶弹丸，只要一字线结构激光器在工作，无论是白天还是黑夜，只要有弹丸从天幕飞过，过靶弹丸的壳体就会有反射光，该反射光同样会进入天幕靶镜头，到达天幕靶光电探测器件敏感面，使天幕靶获得所须的捕捉信号。这里，由于到达光电探测器件敏感面上的光通量是增加的，所以所捕捉信号是正相模拟信号，也是通过天幕靶探测靶体箱体一侧的面板上设置的电路选择开关进行选定，即该信号通过专用处理电路的后级放大电路中的同相放大电路进一步放大，再经触发电路将该信号转换为正脉冲信号，用于触发计时仪，实现全天候工作。

无论反射膜体是条状的弧形原向反射膜，还是被测的过靶弹丸，相对于其他辅助光源不仅节约了大量的光源设备费用，重要的是节省了大量的布靶时间和工作人员在布靶精度等环节上所耗费的精力。

本发明的实现还在于：天幕靶探测靶体中的光学镜头组安装有镜头防护罩，镜头防护罩为斜面圆柱罩，斜面部分处于镜头上方，为透明玻璃窗，镜头罩壳体与天幕靶靶体以卡口相联，连接处配有橡胶密封圈。镜头防护罩用于天幕靶光学镜头免受雨水侵蚀、防尘、防护天幕靶免受弹丸冲击波影响，也能方便地安装与拆卸。

天幕靶具有造价低，可利用自然光，以及适应弹种范围大等优越性，但是每当昼夜交替，晴雨变换，当自然空间的光亮度在变化或不恒定时，会影响到测量结果，而弹道的测试精度要求非常高，牺牲精度的测量是没有意义的，为此研究人员不断地想方设法解决此问题，有许多优秀的技术方案，更多的技术方案致力于附加LED灯辅助光源的方法，这种方法又存在成本高，光源布置的工作量大的问题。本发明正是针对这多年的困扰和一直制约着天幕靶使用的技术问题，开展的研究。

由于本发明采用了设置激光发光器与反射膜体配合作用，解决了室外使用的天幕靶受天空亮度影响的问题，同时由于没有外加辅助光源，使得布靶简单，效率提高。本发明利用一字线结构光激光器发射光对准反射膜体，一字线结构光激光器产生的扇形光面与镜头组产生的光幕在同一平面内，充分利用了反射膜体反射光，真正地实现了天幕靶全天候工作。另外本发明采用了造价成本低的原光反射膜，不仅原光反射膜体的造价低，对于在弹道测试过程中允许出现的设备损伤也是一种费用节约；本发明还利用过靶弹丸的壳体的反射光作为捕捉信号，造价和成本更低，对于前级放大电路产生的这两种不同相的模拟信号，设计了相应的同相放大电路和反相放大电路。本发明镜头部分加设了镜头防护罩，并采用橡胶密封圈进行密封，用卡口锁紧，即使在雨天也能正常工作。

经靶场实际打靶测试，本发明经历雨天、阴天、夜晚靶场测试环境的使用，均处于可靠工作状态。

附图说明：

图1是本发明的原理示意图，也是实施例3的示意图；

图2是本发明的箱体式天幕靶探测靶体示意图；

图3是本发明的一字线结构光激光器与反射膜体形成的光路示意图；

图4是本发明的专用处理电路原理图；

图5是本发明反射膜体为过靶弹丸的光路示意图；

图6是本发明的双镜头天幕靶示意图；

图7是本发明的三镜头天幕靶示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明

实施例1：参见图1，本发明是一种全天候测速天幕靶，包括有：安装有形成天幕的镜头组的箱体式天幕靶探测靶体1、计时仪或数据采集装置、专用处理电路5、镜头组包括有：光学镜头7、狭缝光阑、光电探测器件6；专用处理电路5安装在天幕靶探测靶体箱体内，本发明全天候测速天幕靶还包括有：反射膜体3，反射膜体3处于天幕靶探测靶体的正上方，在箱体式天幕靶探测靶体1的镜头组两旁各安装有一字线结构光激光器2，一字线结构光激光器2也就是本发明的辅助光源，通常无论是天幕靶还是光幕靶的辅助光源均是设置在靶体之外，本发明首次将光源与探测靶体固连，使之成为一个组装整体，因此不必在布靶时专为光源精密安装和对准调试，节省了时间，提高了效率。本发明不需要精心布置，位置容错性较强。本发明在探测靶体1箱体8一侧的面板上设置有工作开关，用于选择是否启用这个自带的辅助光源参与工作，因为天幕靶在室外进行打靶测量，只有在测试空间亮度不够时才使用。一字线结构光激光器2产生的扇形光面与镜头组产生的光幕9在同一平面内，原本不可见的探测光幕9因为一字线结构光激光器产生的扇形光面，使得探测光幕9的探测面也成为可见光面，也就是说一字线结构光激光器2产生的可见的扇形光面对镜头组产生的非可见光幕具有指示作用。一字线结构光激光器2的设置为多功能，既能当作工作光源，又可当作瞄准指示。需要时打开，不需要时关闭，是低炭运行模式。本发明的专用处理电路5的后级放大电路分为两路，一路为同相放大电路，另一路为反相放大电路，在天幕靶探测靶体箱体1一侧的面板上设置有该电路选择开关，这两路放大电路分别针对应用不同反射膜体的对应电路。

一字线结构光激光器2选择功率为100mw的半导体一字线激光器，其发出的光线为具有一定厚度的角度为30度的扇形光幕，为增加激光光源亮度，分别在天幕靶镜头7的左右两侧安装一个激光器2，在天幕靶装配和调试时，将两个一字线激光器光幕和天幕靶光幕9调整至一个平面内，因此激光器形成的扇形光幕被反射膜体3反射进入天幕靶镜头7。当弹丸穿越天幕靶光幕9和激光光幕时，遮住了进入镜头7和狭缝光阑的部分光线，则到达光电探测器件6上的光通量发生了变化，因此，光电探测器件6会产生一对应于该光通量变化的微弱电信号，专用信号处理电路5将此信号放大、整形，最后输出一个幅值为12V的脉冲信号，该脉冲信号用于触发计时仪。如果将放大电路放大的模拟信号直接输出，可给出弹丸穿越光幕9时的模拟信号，该模拟信号被数据采集装置采集并处理，最终得到两个信号的时间间隔，进而计算出弹丸飞行速度。

弹丸分别穿越两台同样的测速装置，两台天幕靶电路分别输出对应弹丸穿越光幕时的脉冲信号，用测时仪测量两个脉冲信号的时间间隔，即为弹丸穿越两台天幕靶光幕面9的时间值T，再根据公式：

便可计算出弹丸的飞行速度，其中S为两个天幕靶光幕9之间的距离。

实施例2：整体构成同实施例1，参见图1，反射膜体3采用条状的弧形原向反射膜，通过固定于天幕靶探测靶体1外侧的反射膜支撑架4固定安装，反射膜支撑架4顶部有弧形支撑，条状的弧形原向反射膜沿长度方向呈弧形横跨天幕靶探测靶体1之上安装在支撑架4上，支撑架4为安装高度和宽度均可调整的支撑架。条状的弧形原向反射膜宽度大于反射膜安装位置的天幕9截面厚度，其长度以遮住天幕靶视场所需要的弧长为弧长最小值，本例中，因为天幕靶狭缝宽度为0.3mm，所选镜头7焦距为50mm，反射膜距离天幕靶镜头7主点的高度为2m，所以对应2m高度处的光幕9厚度为12mm，条状的弧形原向反射膜的宽度只要大于12mm即可，本例中选用原向反射膜的宽度为20mm。原向反射膜的曲率范围控制以发射激光到条状的弧形原向反射膜的入射角不大于30°为准，或者说在以一字线结构光激光器2发射光到条状的弧形原向反射膜，其入射光的入射角不大于30°为准，以保证激光器发出光线经原向反射膜反射后可以进入镜头7。专用处理电路5的后级放大电路中的反相放大电路用于放大反射膜体3为弧形原向反射膜的电路信号。

本发明扩展了天幕靶的使用时间和天气适应性能，特别是天幕靶不受阴雨天气影响成为真正意义上的全天候天幕靶。

参见图3，激光器2发出的任意一束光线经原向反射膜以0.1度的发散角近似原路返回，以激光器2发光点为中心形成一个光斑，天幕靶镜头7在次光斑之内，说明每一束激光经反射屏反射均有部分光线进入镜头7。则无论弹丸遮挡住任意一束光线，进入镜头7，到达光电探测器件6具体是光电二极管的光线均会发生变化，在整个激光器光幕所覆盖的区域内不存在探测漏区。

参见图5，本发明专用处理电路5的后级放大电路有同相放大电路和反相放大电路的两路设置，通过开关进行转换，对于反射膜体为原向反射膜时捕捉的过天幕9弹丸信号是反相模拟信号，则专用处理电路5的后级放大电路选择反相放大电路进行，这种设置适合于进行小口径弹丸的弹道参数测定。

实施例3：主体构成同实施例1，反射膜体3是丸状的反射膜体，见图5，具体的反射膜体3就是被测过靶弹丸，一般弹丸外壳的材质为金属，由于金属具有较高的光反射率，在弹体被激光照射的情况下，其反射光线进入探测镜头7，其强度足以引起探测器响应。专用处理电路5的后级放大电路中的同相放大电路用于控制被测的过靶弹丸作为反射膜体产生的同相信号。在这种情况下，不必加设支撑架4和原向反射膜，这更加精简了测量系统的构成，进一步简化了复杂的布靶过程，使天幕靶全天候工作，使系统更加可靠。这种情况主要适用于大口径弹丸的弹道参数测定。

支撑架4和原向反射膜与天幕靶靶体属积木式模块化设计，既可以集成组合使用，也可以拆分，即过靶弹丸作为反射膜体3时，本发明的全天候天幕靶单独使用，此时，不需要配置安装原向反射膜和反射膜支撑架。

本发明可以一套装置既能够用于大口径弹丸的弹道参数测定，又能用于小口径弹丸的弹道参数测定，使得天幕靶应用范围更广。

实施例4：整体构成同实施例1或2或3，参见图2，天幕靶探测靶体1中的光学镜头组安装有镜头防护罩12，镜头防护罩为斜面圆柱罩，斜面部分处于镜头7上方，为透明玻璃窗13，镜头罩壳体与天幕靶靶体1以卡口11相联，连接处配有橡胶密封圈10。

镜头防护罩12具有防尘、防雨水和抗弹丸激波震动干扰的功能。透光玻璃窗13与镜头罩壳体用胶粘接，且透光玻璃窗13与水平面有20度的夹角，这是为了防止在下雨天气试验时，镜头罩玻璃窗13上方积水而影响试验。镜头罩壳体与天幕靶靶体1的连接处采用O型橡胶圈10密封。当用卡口11将镜头罩壳体和天幕靶靶体1上的突出部分锁紧后，镜头7则被防护罩密封起来，沙尘、水、弹丸激波干扰等均无法进入镜头。

实施例5：整体构成同实施例2或3，本例中，天幕靶是双镜头广角天幕靶，参见图6，在镜头组两侧各安装有带一字线激光器2。双镜头天幕靶采用的一字线激光器2的扇形角度为60°，探测镜头7选用两个50mm焦距的尼康镜头，每个镜头7与天幕靶狭缝光阑配合形成30度的扇形探测视场，两个镜头拼接形成60度的探测视场。镜头7安装在双镜头天幕靶靶体1的箱体上，激光器2安装在双镜头天幕靶靶体1的箱体两侧。

实施例6：整体构成同实施例2或3，本例中，天幕靶是三镜头广角天幕靶，参见图7，一字线激光器2安装在镜头组两侧的箱体上。三镜头天幕靶采用的一字线激光器2的扇形角度为90°，与双镜头广角天幕靶类似，三镜头天幕靶采用三个50mm焦距的尼康镜头，每个镜头与天幕靶狭缝光阑配合形成30度的扇形探测视场，三个镜头拼接形成90°的探测视场。镜头7安装在三镜头天幕靶靶体1的箱体上。

实施例7：整体构成同实施例3，参见图5，本例中，天幕靶在以天空为背景，当弹丸穿越天幕靶的光幕面时，将部分一字线结构光激光器(2)发出的光反射并进入镜头7，到达光电探测器件6上，那么被光电探测器件6所接收的光能量将有所增加，对应前级信号放大电路输出的弹丸模拟信号为如图4中所示的正向信号，该信号经后级正相放大电路后进一步放大，再经触发电路后将其转化为脉冲信号用来启动或停止测时仪。

实施例8：整体体构成同实施例1-7，参见图4，图4是专用处理电路原理图，该电路包括前级和后级两级放大，其中后级放大电路分为反相和同相两种放大方式，反相放大电路对应于一字线结构光激光器未打开，以天空为背景和一字线结构光激光器打开，以条状弧形原向反射膜为背景的测试状态。同相放大电路对应于一字线结构光激光器打开，以过靶弹丸为反射膜体的测试状态。因此也使得本发明无需改变设备和设备位置，就可以工作在以天空为背景或以反光膜为背景的状态下。

天幕靶在以天空为背景或以反光膜为背景的情况下，当弹丸穿越探测光幕时，遮挡住了部分进入天幕靶镜头7的光线，由于到达光电探测器件6上的光线有所减少，所以前级放大电路产生一个反相模拟信号，该信号经过后级反相放大电路后变为正相模拟信号，再经触发电路转化为脉冲信号启动或停止计时仪。

对于一些口径较大的弹丸，当光线较暗时，弹丸17容易击中反射膜支撑架4，所以可以去掉反射膜及其支撑架4，打开一字线结构光激光器2，利用弹丸穿越光幕时反射回来的光线进行探测，弹丸反射回来的部分光线进入镜头7，到达光电探测器件6上，经光电转换和信号放大之后，由于到达光电探测器件6上的光能量是增加的，所以前级信号放大电路输出的弹丸模拟信号为如图4中所示的正向模拟信号，该信号经过后级同相放大电路后还是正向信号，再经触发电路转化为脉冲信号启动或停止计时仪。通过选择开关可以在同相放大电路和反相放大电路之间进行转换。

Claims (4)

1.一种全天候测速天幕靶，包括有：安装有形成天幕的镜头组的箱体式天幕靶探测靶体、计时仪或数据采集装置、专用处理电路，镜头组包括有：光学镜头、狭缝光阑、光电探测器件；专用处理电路安装在天幕靶探测靶体箱体内，其特征在于：该全天候测速天幕靶还包括有：反射膜体(3)，反射膜体(3)处于天幕靶探测靶体(1)的正上方，在箱体式天幕靶探测靶体(1)的镜头组两旁各安装有一字线结构光激光器(2)，在探测靶体的箱体(8)一侧面板上设置有激光器工作开关，一字线结构光激光器(2)产生的扇形光面与镜头组产生的光幕(9)在同一平面内；所述专用处理电路(5)的后级放大电路分为两路，一路为同相放大电路，另一路为反相放大电路，在天幕靶探测靶体的箱体(8)一侧面板上设置有该电路选择开关，光学镜头组安装有镜头防护罩(12)。

2.根据权利要求1所述的全天候测速天幕靶，其特征在于：所述的反射膜体(3)是条状的弧形原向反射膜，通过固定在天幕靶探测靶体(1)外侧的反射膜支撑架(4)固定安装，条状的弧形原向反射膜沿长度方向呈弧形，横跨天幕靶探测靶体(1)之上安装在支撑架(4)上，条状的弧形原向反射膜宽度大于反射膜安装位置的光幕(9)截面厚度，其长度以遮住天幕靶视场所需要的弧长为最小值，其曲率范围控制以发射激光到条状的弧形原向反射膜的入射角不大于30°为准；专用处理电路(5)的后级放大电路中的反相放大电路对应于用于放大反射膜体为弧形原向反射膜的电路信号。

3.根据权利要求1所述的全天候测速天幕靶，其特征在于：所述的反射膜体是丸状的反射膜体，具体就是被测的过靶弹丸，专用处理电路(5)的后级放大电路中的同相放大电路用于放大该反射膜体对应的电路信号。

4.根据权利要求3所述的全天候测速天幕靶，其特征在于：所述天幕靶探测靶体中的光学镜头组安装有镜头防护罩(12)，镜头防护罩(12)为斜面圆柱罩，斜面部分处于镜头(7)上方，为透明玻璃窗(13)，镜头防护罩(12)与天幕靶靶体(1)以卡口(11)相联，连接处配有橡胶密封圈(10)。

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