CN102854335A

CN102854335A - 一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置

Info

Publication number: CN102854335A
Application number: CN201210352834XA
Authority: CN
Inventors: 张贤杰; 王俊彪; 曹小宝; 司朝润; 周建强; 潘爱刚; 周若飞
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明涉及一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置，其特征在于包括三对光发射器和光接收器、三个光电转换放大电路和数据处理器；三对光发射器和光接收器设置在弹丸运行轨道两侧，每对光发射器和光接收器之间具有一定距离；每个光接收器连接一个光电转换放大电路，三个光电转换放大电路与数据处理器连接；所述光发射器的发射端对准弹丸运行轨道，与光接收器平行相对且光路与弹丸运行轨道呈直角。本发明提出的一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置，可以测量出弹丸的速度加速度，由于输入量为开关量，因此，测量系统抗干扰能力强，稳定性高。

Description

一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置

技术领域

本发明属于一种测速方法及其装置，具体涉及一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置。

背景技术

喷丸处理，是减少零件疲劳，提高寿命的有效方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到弹簧表面，使弹簧表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，由于弹簧表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分抗应力，从而提高弹簧的疲劳强度。

按所用的仪器装置的工作特点分类，弹丸速度测量方法可分为天幕靶测速、线圈靶测速、光幕靶测速、雷达测速、激光多普勒测速、GPS测速以及微波干涉、高速摄影等技术。本发明属于光幕靶测速，但传统的光幕靶测速装置无法测出弹丸的加速度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置。

技术方案

一种弹丸速度及加速度的测量方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在弹丸运行轨道上设置三对光发射器和光接收器，每对光发射器和光接收器之间具有一定距离；所述光发射器和光接收器分设轨道前进方向的两边且与弹丸运行轨道程直角平行相对；

步骤2：当弹丸依次飞过三对光发射器和光接收器时,三个光接收器将不能接收到光发射器发出的光，并将第二个光接收器不能接收到光发射器发出的光的时刻减去第一个光接收器不能接收到光发射器发出的光的时刻得到弹丸从第一个光接收器至第二个光接收器的行进时间t₁；将第三个光接收器不能接收到光发射器发出光的时刻减去第二个光接收器不能接收到光发射器发出光的时刻得到弹丸从第二个光接收器至第三个光接收器的行进时间t₂；

步骤3：根据步骤2得到的运行时间和三对光发射器和光接收器之间的距离，得到弹丸的加速度

其中：S₁为第一个光接收器与第二个光接收器之间的距离，S₂为第二个光接收器与第三个光接收器之间的距离；

并计算得到弹丸在三个光接收器位置的速度：

第一光接收器处的速度

V_{0} = \frac{(t_{2}^{2} + {2 t}_{1} t_{2}) S_{1} - t_{1}^{2} S_{2}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

第二光接收器处的速度

V_{1} = \frac{t_{2}^{2} S_{1} + t_{1}^{2} S_{2}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

第三光接收器处的速度

V_{2} = \frac{(t_{1}^{2} + 2 t_{1} t_{2}) S_{2} - t_{2}^{2} S_{1}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})} .

一种实现所述弹丸速度及加速度的测量方法的装置，其特征在于包括三对光发射器和光接收器、三个光电转换放大电路和数据处理器；三对光发射器和光接收器设置在弹丸运行轨道两侧，每对光发射器和光接收器之间具有一定距离；每个光接收器连接一个光电转换放大电路，三个光电转换放大电路与数据处理器连接；所述光发射器的发射端对准弹丸运行轨道，与光接收器平行相对且光路与弹丸运行轨道呈直角。

所述光接收器采用光敏元件。

所述光电转换放大电路包括晶体三极管和电阻；光接收器的光敏元件串接在晶体三极管的基极上，电阻作为上拉电阻与晶体三极管的集电极连接。

所述上拉电阻的阻值选择需要保证晶体三极管工作在饱和区域。

有益效果

本发明提出的一种弹丸速度及加速度的测量方法及装置，可以测量出弹丸的速度加速度，由于输入量为开关量，因此，测量系统抗干扰能力强，稳定性高。

从电路的工作原理可以看出，装置的稳定性是比较高的。尤其光电转换放大电路工作在饱和状态或截止状态，输出的是开关量，对发光二极管发出的光的要求不高，光强度允许变化的范围大，不像一般输出模拟信号的光电系统一般工作在线性区域，信号的变化要和光照度的变化成线性关系，对光源的要求自然也就高了，对光源的要求高的同时一般也对电源的要求高，电源波动较大时光强度也会相应波动。本系统就不存在这些问题，光强度在一定量的较大范围变动时，由于都是工作在饱和区，对输出电压信号的电平没有影响。

本装置的前向通道的环节较少，结构紧凑，不像一般的通道中有A/D环节或I/F环节或V/F环节，造成这种区别的原因是本系统中的信号是开关量而一般的系统输入的是模拟量。

附图说明

图1：本发明的原理图；

图2：测速装置的光电转换放大电路

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的测量原理将第一光接收器6、第二光接收器7及第三光接收器8在弹丸2轨道上固定并且保持一定的间距,与之对应地在管道1的另一侧，与第一光接收器6、第二光接收器7及第三光接收器8相对平行固定第一光发射器3、第二光发射器4及第三光发射器5。当弹丸飞过第一光接收器6时,第一光接收器6不能接收到第一光发射器3发出的光,光电转换放大电路9将这一光信号转换为电信号,并传输给处理器,处理器开始计时；当弹丸继续行进并通过第二光接收器7时,按上述的第一光接收器6的工作原理,又将产生第二个计时信号,处理器记录下弹丸在第一光接收器6和第二光接收器7之间行进的时间t₁，并开始新的计时。当弹丸继续行进并通过第三光接收器8的时候，产生第三个计时信号，数据处理器记录下弹丸在第二光接收器7和第三光接收器8之间行进的时间t₂。记弹丸在第一光接收器6处的速度为V₀,第二光接收器7处的速度为V₁，第三光接收器8处的速度为V₂,第一光接收器6和第二光接收器7的间距为S₁，第二光接收器7和第三光接收器8的间距为S₂，记加速度为a。计算得

a = \frac{2 (S_{2} t_{1} - S_{1} t_{2})}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

V_{0} = \frac{(t_{2}^{2} + {2 t}_{1} t_{2}) S_{1} - t_{1}^{2} S_{2}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

V_{1} = \frac{t_{2}^{2} S_{1} + t_{1}^{2} S_{2}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

V_{2} = \frac{(t_{1}^{2} + 2 t_{1} t_{2}) S_{2} - t_{2}^{2} S_{1}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})} .

光电转换放大电路原理见图2。当弹丸测试系统处于平常状态时，没有弹丸2飞过光电靶，光发射器上的光束能够直接照射到光敏元件，光敏元件中有比较大的电流通过，而光敏元件是串接在晶体三极管的基极上的(在这里用的是NPN型的晶体三极管)，晶体三极管放大电路中的基极电流比较大，经过晶体三极管的放大作用，由于基极电流本来就比较大再加上晶体三极管的放大作用，放大电路没有工作在线性放大区，而是工作在饱和区域，集电极的电流也比较大，在集电极上的上拉电阻的作用下(如果没有上拉电阻，则信号输出端只能输出高电平的信号了)，信号输出端输出了低电平信号。当进行测试过程中弹丸2飞过光电靶，发光束被弹丸挡住，不能到达光敏二极管，光敏元件中几乎没有电流流过，自然晶体三极管的基极电流也就几乎为零，晶体三极管处于截止状态集电极的电流也几乎为零，只要负载电阻足够大，信号输出端就输出高电平信号。

具体实施例中第一光接收器6和第二光接收器7的距离S₁＝75mm，第二光接收器7和第三光接收器8的距离为S₂＝65mm。初始状态下各光接收器对应用系统的输出为高电平。当弹丸2到达第一光接收器6并遮住第一光发射器3发射的光时，第一光电转换放大电路9对数据处理器输出低电平，产生下降沿，数据处理器中的第一计时器开始计时。当弹丸2到达第二光接收器7并遮住第二光发射器4发射的光时，第二光电转换放大电路10对数据处理器输出低电平，产生下降沿，数据处理器中的第二计时器开始计时，同时第一计时器停止计时，此时，此时第二计时器记下时间，得到两处的运行时间t₁＝750us。当弹丸2到达第三光接收器8并遮住第三光发射器5发射的光时，第三光电转换放大电路11对处理器输出低电平，第二计时器停止工作，此时第三计时器记下时间，得到两处的运行时间

计算得

V₀＝99.9918m/s，V₁＝100.0082m/s，V₂＝100.0225m/s。

Claims

1.一种弹丸速度及加速度的测量方法，其特征在于步骤如下：

并计算得到弹丸在三个光接收器位置的速度：

第一光接收器处的速度

V_{0} = \frac{(t_{2}^{2} + {2 t}_{1} t_{2}) S_{1} - t_{1}^{2} S_{2}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})},

第二光接收器处的速度

第三光接收器处的速度

V_{2} = \frac{(t_{1}^{2} + 2 t_{1} t_{2}) S_{2} - t_{2}^{2} S_{1}}{t_{1} t_{2} (t_{1} + t_{2})} .

2.一种实现权利要求1所述弹丸速度及加速度的测量方法的装置，其特征在于包括三对光发射器和光接收器、三个光电转换放大电路和数据处理器；三对光发射器和光接收器设置在弹丸运行轨道两侧，每对光发射器和光接收器之间具有一定距离；每个光接收器连接一个光电转换放大电路，三个光电转换放大电路与数据处理器连接；所述光发射器的发射端对准弹丸运行轨道，与光接收器平行相对且光路与弹丸运行轨道呈直角。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光接收器采用光敏元件。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光电转换放大电路包括晶体三极管和电阻；光接收器的光敏元件串接在晶体三极管的基极上，电阻作为上拉电阻与晶体三极管的集电极连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述上拉电阻的阻值选择需要保证晶体三极管工作在饱和区域。