CN103063865B - 超高速运动测速装置 - Google Patents

Abstract

超高速运动测速装置，本发明涉及的是高速运动物体的移动速度检测术领域。它是为了解决现有高速物体速度检测设备存在测量过程复杂并且需要多次重复过程，精度还不高，设备复杂，成本高的问题。它的具磁致伸缩效应的钢丝拉直后的两端分别与支架的两端绝缘连接，具磁致伸缩效应的钢丝穿过检测线圈的中心，具磁致伸缩效应的钢丝的一端与开关电路的输出端导电连接，具磁致伸缩效应的钢丝的另一端接地，磁性体设置在被测速物体中，将被测速物体设置在检测线圈的右侧并处在具磁致伸缩效应的钢丝的附近。本发明的效果：本测距仪的精度仅取决于磁致伸缩钢丝内扭转机械波传播速度和时间分辨力，所以可以同时得到高精度和高稳定度，其精度为0.25%∽0.6%。

Description

超高速运动测速装置

技术领域

本发明涉及的是高速运动物体的移动速度检测术领域。

背景技术

现有对每秒几百米到几千米的高速运动物体的速度进行精确测量一直是个难点，通常采用高速摄影法，测量过程复杂并且需要多次重复过程，精度还不高，设备复杂，成本高。例如，目前弹头速度的测试普遍采用天幕靶、线圈靶、锡箔靶作为区截装置靶，它是一种断通靶，用弹头来接通前后两层锡箔纸，实现启动和关闭计时仪。测量过程耗时耗力。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高速运动测速装置，为了解决现有高速物体速度检测设备存在测量过程复杂并且需要多次重复过程，精度还不高，设备复杂，成本高的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种超高速运动测速装置，是由检测线圈、磁性体、具磁致伸缩效应的钢丝、支架、开关电路、整流电路、升压电路、分压电路、处理器电路、放大电路组成；

具磁致伸缩效应的钢丝拉直后的两端分别与支架的两端绝缘连接，具磁致伸缩效应的钢丝穿过检测线圈的中心，具磁致伸缩效应的钢丝的一端与开关电路的输出端导电连接，具磁致伸缩效应的钢丝的另一端接地，开关电路的控制端与处理器电路的通断控制输出端连接，开关电路的输入端和整流电路的输出端都与分压电路的输入端连接，整流电路的输入端与升压电路的输出端连接，升压电路的输入端与处理器电路的pwm波输出端连接，分压电路的输出的与处理器电路的模数转换检测输入端连接，检测线圈的输出端通过放大电路与处理器电路的采样输入检测端连接，磁性体设置在被测速物体中，将被测速物体设置在检测线圈的右侧并处在具磁致伸缩效应的钢丝的附近，并使被测速物体的移动方向向右，被测速物体的移动轴线与具磁致伸缩效应的钢丝的轴线平行。

本发明的效果：本测距仪的精度仅取决于磁致伸缩钢丝内扭转机械波传播速度和时间分辨力，所以可以同时得到高精度和高稳定度，其精度为0.25%∽0.6%。测距仪设计以高速嵌入式处理器为核心。降低了成本，增加了可靠性和使用的简便性。功耗限制在1瓦以内，可使用电池供电。

实用性强，例如，子弹击发的初速度精确测量对军工生产有重大意义。使用本仪器可很容易的做到精确简便的测量。并具有结构简单、造价低廉的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，它是由检测线圈1、磁性体2、具磁致伸缩效应的钢丝3、支架4、开关电路5、整流电路6、升压电路7、分压电路8、处理器电路9、放大电路10组成；

具磁致伸缩效应的钢丝3拉直后的两端分别与支架4的两端绝缘连接，具磁致伸缩效应的钢丝3穿过检测线圈1的中心，具磁致伸缩效应的钢丝3的一端与开关电路5的输出端导电连接，具磁致伸缩效应的钢丝3的另一端接地，开关电路5的控制端与处理器电路9的通断控制输出端连接，开关电路5的输入端和整流电路6的输出端都与分压电路8的输入端连接，整流电路6的输入端与升压电路7的输出端连接，升压电路7的输入端与处理器电路9的pwm波输出端连接，分压电路8的输出的与处理器电路9的模数转换检测输入端连接，检测线圈1的输出端通过放大电路10与处理器电路9的采样输入检测端连接，磁性体2设置在被测速物体11中，将被测速物体11设置在检测线圈1的右侧并处在具磁致伸缩效应的钢丝3的附近，并使被测速物体11的移动方向向右，被测速物体11的移动轴线与具磁致伸缩效应的钢丝3的轴线平行。

所述具磁致伸缩效应的钢丝3的材料为市售国产或进口专门用于磁致伸缩效应的合金钢丝。

所述磁性体2的材料为永磁材料，要求磁极附近场强超过0.05T。

所述支架4的材料为非磁屏蔽材料。

所述开关电路5采用任何耐压、电流与速度足够的MOS管均可，如IRF820等；整流电路6的型号为高频整流管；升压电路7的型号为电感与MOS管构成的电流泵电路；分压电路8可使用简单的电阻分压；处理器电路9的型号可选MSP430F149或DSP28027等；放大电路10的型号可选NE5532，LF147等高速运放。

工作原理：处理器电路9产生脉冲调宽波形（pwm波），经升压电路7、整流电路6后产生30伏直流电压，处理器电路9的模数转换引脚通过分压电路8测量到上述30伏直流电压后，由处理器电路9的通断控制输出端（I/O口）以间隔200微秒接通开关电路5三次，每次接通时间10微秒，在具磁致伸缩效应的钢丝3内产生三个间隔200微秒电流脉冲，此脉冲与被测速物体11中的磁性体2作用，而发生磁致伸缩效应（变化磁场转化为物体压缩形变），在具磁致伸缩效应的钢丝3上产生三个机械波，此波以固定速度（大约2.9千米每秒，可在定标时精确测定）在具磁致伸缩效应的钢丝3上传播，同时产生逆磁致伸缩效应（物体压缩转化为变化磁场）-即变化的磁场，当上述机械波传递到检测线圈1内时，此处因逆磁致伸缩效应而产生的变化磁场被检测线圈1检测到，检测线圈1的输出信号通过放大电路10进入处理器电路9的采样引脚。若被测速物体11处于运动中，则返回序列的时间间隔为正常时间间隔加上（离去时）或减去（接近时）某一时间，该时间等于200微秒乘以被测速物体11运动速度除以具磁致伸缩效应的钢丝3内机械波传播速度。

精度分析：具磁致伸缩效应的钢丝3内机械波传播速度可经简单步骤校准。即将一磁环放置于距检测线圈1标准长度处。例如，一米处。测量返回脉冲时间。若处理器电路9采用10兆晶振，时间分辨力可达0.1微秒。若标准长度分辨力为0.5mm，则钢丝内机械波传播速度为距离（1米）除以从发出脉冲到接收到返回脉冲的时间（大约为300微秒）。因此，校准的机械波传播速度的相对误差为时间分辨率误差0.1us/300us加上长度分辨力误差0.5mm/1000mm为万分之八。

例子：被测速物体11为子弹时，在测量子弹初速度时，子弹运动速度范围大约为400-1000米/秒（各种枪械不同）。引起的时间偏移为200微秒乘以子弹速度除以具磁致伸缩效应的钢丝3中机械波传播速度。大概时间范围为20微秒到70微秒。分辨力0.1微秒，所以相对于具磁致伸缩效应的钢丝3中机械波传播速度的相对精度为0.1/20到0.1/70，即千分之五到千分之一点五。叠加上具磁致伸缩效应的钢丝3中机械波速度本身的误差（按千分之一计算），则精度就是千分之六到千分之二点五。对于高速运动测量就是一个很高的精度。若要更高的精度，可以使用更高频的处理器。比如100兆的处理器理论上可将精度再提高十倍。

Claims (2)

1.超高速运动测速装置，它是由检测线圈(1)、磁性体(2)、具磁致伸缩效应的钢丝(3)、支架(4)、开关电路(5)、整流电路(6)、升压电路(7)、分压电路(8)、处理器电路(9)、放大电路(10)组成；

其特征在于具磁致伸缩效应的钢丝(3)拉直后的两端分别与支架(4)的两端绝缘连接，具磁致伸缩效应的钢丝(3)穿过检测线圈(1)的中心，具磁致伸缩效应的钢丝(3)的一端与开关电路(5)的输出端导电连接，具磁致伸缩效应的钢丝(3)的另一端接地，开关电路(5)的控制端与处理器电路(9)的通断控制输出端连接，开关电路(5)的输入端和整流电路(6)的输出端都与分压电路(8)的输入端连接，整流电路(6)的输入端与升压电路(7)的输出端连接，升压电路(7)的输入端与处理器电路(9)的pwm波输出端连接，分压电路(8)的输出端与处理器电路(9)的模数转换检测输入端连接，检测线圈(1)的输出端通过放大电路(10)与处理器电路(9)的采样输入检测端连接，磁性体(2)设置在被测速物体(11)中，将被测速物体(11)设置在检测线圈(1)的右侧并处在具磁致伸缩效应的钢丝(3)的附近，并使被测速物体(11)的移动方向向右，被测速物体(11)的移动轴线与具磁致伸缩效应的钢丝(3)的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的超高速运动测速装置，其特征在于所述支架(4)的材料为非磁屏蔽材料。