CN104007285A - 一种轨道式测速系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轨道式测速系统，其包括两个复合光电探测靶靶体和终端处理与显示仪，两个复合光电探测靶靶体用于形成探测天幕M1和M2，这两个复合光电探测靶靶体通过两条平行的金属导轨连接在一起且均与终端处理与显示仪相连接，终端处理与显示仪配置地用于测量和计算飞行弹丸依次穿过探测天幕M1和M2构成的平行光幕区间的时间值，同时还可结合两个探测天幕M1和M2之间的距离，计算出飞行弹丸的瞬时速度，并通过终端处理与显示仪显示测速结果。本发明的这种轨道式测速系统，既能兼顾天空高亮度一端，又能满足低照度一端的光电探测装置，并且采用轨道式的安装装置，布置与安装方便，确保了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电测试系统，具体地涉及一种飞行弹丸的轨道式测速系统。
背景技术
在靶场测试中，飞行弹丸的飞行速度是各种武器类型的重要指标，在弹丸速度测量领域已经有了一系列的测试设备，较为常见的是天幕靶测速系统、光幕靶测速系统、线圈靶测速系统等。其中，天幕靶测速系统适合于野外测试使用，其靶面可以根据镜头焦距的选择，可以做得很大，对于在野外使用的天幕靶而言，其都采用独立结构体，具体是在弹道上布置两个天幕靶来获取飞行弹丸的速度，其存在布置的探测天幕比较难以校平，误差比较大；光幕靶测速系统中的光幕靶采用的是阵列发射与接收管形成的测试靶面，由于结构体的特性，光幕靶的探测靶面相对比较小，如中国专利CN1046975A、CN1614348A、CN102749470A等，这些结构体的光幕靶，在大靶面条件下，发射二极管与接收探测管很难对齐，也引起了较大测速误差，目前国内靶场使用的都是小靶面的光幕靶，测速精度高，主要适合于测量小口径弹丸，但是用于测量口径大的弹丸存在一定的安全隐患，不利于野外作业；线圈靶不能测量非金属材质弹丸，加之材质的磁性对测速数据影响比较大；除了天幕靶、光幕靶和线圈靶外，还有激光靶，激光靶采用的是激光阵列发射与激光阵列的接收模式，这种测速靶与光幕靶存在同样的缺陷，即在大靶面下发射激光与接收激光在大靶面条件下比较难以对齐，影响了测试精度。另外，天幕靶在野外使用时容易受到强光的干扰，使探测系统易于受环境杂散光的影响，特别是在比较强的光照度条件下，需要准实时的调节光学镜头光圈，而以往的调节方式均采用人工调节，不利于长时间的自适应工作，及在低照度条件下无法工作的缺点，同时，在测试时由于天幕靶的独立装置很难做到平行光幕的一致平行性，给测量结果带来比较大的误差；对于红外激光探测系统虽然可以在低照度条件下工作，但是在高亮度的一端，目标的对比度比较差，易于出现漏测的现象。
发明内容
为了解决上述测量装置外场试验中的不足，本发明提供一种轨道式测速系统，其包括两个复合光电探测靶靶体和终端处理与显示仪，两个复合光电探测靶靶体平行布置于弹丸飞行方向上预定的测速区中并用于形成探测天幕M1和M2，这两个复合光电探测靶靶体通过两条平行的金属导轨连接在一起，两个复合光电探测靶靶体均与终端处理与显示仪相连接，终端处理与显示仪配置地用于测量和计算飞行弹丸依次穿过探测天幕M1和M2构成的平行光幕区间的时间值，同时还可结合两个探测天幕M1和M2之间的距离，计算出飞行弹丸的瞬时速度，并通过终端处理与显示仪显示测速结果。
优选的是，复合光电探测靶靶体包括壳体和底座，壳体设置在底座上并位于底座的中部，在壳体的上表面设有红外光学镜头、光学镜头和红外发光线激光装置，其中红外发光线激光装置位于红外光学镜头和光学镜头之间。
优选的是，可见光探测光幕的光学镜头上设有可控光圈调整机构，可控光圈调整机构中设有光圈调整装置，光圈调整装置与光学镜头共同转动，光圈调整装置外侧安装有外齿轮，当外齿轮转动时带动光圈调整装置也随之一起转动，进而改变光学镜头的光圈；在壳体内部设有步进电机，该步进电机与壳体上表面内侧固定连接，步进电机中转动轴的末端嵌套有圆形齿轮，圆形齿轮与外齿轮相互咬合，从而当调节步进电机转速时，圆形齿轮的转动带动外齿轮的转动，从而改变光学镜头的光圈大小，从而实现远程控制入射到可见光阵列探测器的感光面光能大小，减少背景强光照度的影响。
优选的是，在底座上设有底座导轨插口和锁紧旋钮，其中，金属导轨通过插入每个复合光电探测靶靶体中底座上的底座导轨插口而与两个复合光电探测靶靶体之间滑动连接，锁紧旋钮用于锁紧金属导轨和底座导轨插口，此外，每条金属导轨的中间设有伸缩部，在伸缩部上设有锁紧旋钮，这样可以使金属导轨自由伸缩以调节两个复合光电探测靶靶体之间的距离，从而满足不同环境下的测试需求。
优选的是，在壳体内部且位于红外光学镜头的下方设有红外探测屏蔽盒，该红外探测屏蔽盒通过链接件与壳体上部内表面固定连接，并通过壳体上表面上的通孔与红外光学镜头相连通，在红外探测屏蔽盒内部且位于红外光学镜头正下方设有红外探测接收器，红外探测接收器与红外探测接收处理电路相连接。
优选的是，在壳体内部且位于光学镜头的下方设有可见光探测屏蔽盒，该可见光探测屏蔽盒通过链接件与壳体上部内表面固定连接，并通过壳体上表面上的通孔与光学镜头相连通，在可见光探测屏蔽盒内部且位于光学镜头正下方的焦平面上设有狭缝光阑，狭缝光阑的下方设有可见光阵列探测接收器，这样可通过狭缝光阑映射到天空中形成一个扇形的可见光探测光幕，可见光阵列探测接收器与可见光探测接收处理电路相连接，在可见光探测屏蔽盒内部还设有可见光光能采集与处理电路，其与可见光探测接收处理电路相连接。在可见光探测屏蔽盒内部还设有可见光光能采集与处理电路，其与可见光探测接收处理电路相连接。
优选的是，在壳体内部下方还设有红外激光发射控制电路和复合处理与数据传输电路，其中，红外激光发射控制电路与红外发光线激光装置相连接，这样，红外发光线激光装置可由红外激光发射控制电路启动；复合处理与数据传输电路分别与红外探测接收处理电路和可见光光能采集与处理电路相连接，这样，红外探测接收处理电路和可见光光能采集与处理电路输出的信号可由复合处理与数据传输电路运算输出并最终输出给终端处理与显示仪，从而实现控制指令发送，此外，可见光光能采集与处理电路为可控光圈调整机构的控制提供控制依据。即运用可见光光能采集电路输出的光能电压数据来调整步进电机的转动量。
优选的是，在底座的四个角位置处分别安装有基座调整旋钮和底脚，底座与基座调整旋钮和底脚之间通过螺钉连接，其中，基座调整旋钮配置地用于调整探测靶体呈水平状态，此外，在底座上设有两个正交布置的水平观测水泡，该水平观测水泡用于显示复合光电探测靶靶体的水平程度。
优选的是，在复合光电探测靶靶体的壳体的一个侧面上设有控制面板，在控制面板上设有五段波段开关、电源指示与信号测试电压表、远程信号传输端口、靶体内部电源开关和电源供电输入端口，其中，电源供电输入端口适用于12V和20V的电源供电输入电压。
优选的是，在终端处理与显示仪的一个侧面上设有操作面板，在操作面板上设有靶距键盘输入区、光圈控制发送指令按钮、系统复位按钮、数据保存按钮和可触摸液晶屏,其中，靶距键盘输入区可用于对输入的靶距进行修改操作，可触摸液晶屏用于显示输入的靶距、输出显示计时值和最终测速结果。
本发明涉及的轨道式测速系统的安装与布置便利，可以实时的控制可见光探测光幕系统的入射光能，确保天空背景光照度较强的情况下的影响，同时，在现场布置比较简单，省去了传统在野外现场两个平行探测靶的对准，校准平行光幕等操作，另外，红外探测光幕系统在较强光照度下的目标对比度差难以捕获飞行弹丸的信息，利用了可见光探测光幕系统的弥补其不足，同时，在低照度环境下，可见光探测光幕系统探测能力差，而红外探测光幕系统的目标对比度强，有利于提取与识别出目标信息，也确保了在低照度环境下的工作，系统采用了红外探测光幕系统和可见光探测光幕系统组合成的复合探测天幕，实现了轨道式全天候飞行弹丸速度的测量。
本发明的这种轨道式测速系统，既能兼顾天空高亮度一端，又能满足低照度一端的光电探测装置，并且采用轨道式的安装装置，布置与安装方便，确保了测量精度。
附图说明
图1是本发明涉及的轨道式测速系统的俯视透视图；
图2是本发明涉及的轨道式测速系统的光幕示意图；
图3是本发明涉及的轨道式测速系统的侧视透视图；
图4是本发明涉及的轨道式测速系统中复合光电探测靶靶体的俯视图；
图5是本发明涉及的轨道式测速系统中复合光电探测靶靶体的后视图；
图6是本发明涉及的轨道式测速系统中复合光电探测靶靶体的光圈调整装置示意图；
图7是本发明涉及的轨道式测速系统中终端处理与显示仪的操作面板的示意图。
其中，1-红外光学镜头；2-光学镜头；3-红外发光线激光；4-红外探测接收器；5-链接件；6-红外探测接收处理电路；7-可见光阵列探测接收器；8-狭缝光栅；9-可见光探测接收处理电路；10-可见光光能采集与处理电路；11-红外激光发射控制电路；12-复合处理与数据传输电路；13-可控光圈调整机构；14-外齿轮；15-圆形齿轮；16-步进电机；17-水平观测水泡；18-锁紧旋钮；19-底座导轨插口；20-基座；21-基座调整旋钮；22-底脚；23-复合光电探测靶靶体；24-锁紧旋钮；25-伸缩部位；26-终端处理与显示仪；27-五段波段开关；28-电源指示与信号测试电压表；29-远程信号传输端口；30-靶体内部电源开关；31-电源供电输入端口；32-靶距键盘输入区；33-光圈控制发送指令按钮；34-系统复位按钮；35-数据保存按钮；36-可触摸液晶屏；37-红外探测屏蔽盒；38-可见光探测屏蔽盒；39-光圈调整装置；40-壳体；41-金属导轨。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的意图，下面结合附图对本发明内容做进一步说明。
如图1所示，一种轨道式测速系统，其包括两个复合光电探测靶靶体23和终端处理与显示仪26，两个复合光电探测靶靶体23平行布置于弹丸飞行方向上预定的测速区中并用于形成探测天幕M1和M2，这两个复合光电探测靶靶体23通过两条平行的金属导轨41连接在一起，具体地，两个复合光电探测靶靶体23分别固定于金属导轨41的两端，两个复合光电探测靶靶体23均与终端处理与显示仪26相连接，终端处理与显示仪26包括可触摸液晶屏36，这样复合光电探测靶靶体23输出的信号可被传送到终端处理与显示仪26中，终端处理与显示仪26配置地用于测量和计算飞行弹丸依次穿过探测天幕M1和M2构成的平行光幕区间的时间值，同时还可结合两个探测天幕M1和M2之间的距离S，计算出飞行弹丸的瞬时速度V，并通过终端处理与显示仪26上的可触摸液晶屏36显示测速结果。
结合图2、3、4所示，每一个复合光电探测靶靶体23所形成的探测天幕是由红外激光探测光幕和可见光探测光幕复合重叠而成的单一探测天幕，其中，复合光电探测靶靶体23包括壳体40和底座20，具体地，壳体40设置在底座20上并位于底座20的中部，底座20优选为矩形，壳体40优选为长方体，在壳体40的上表面设有红外光学镜头1、光学镜头2和红外发光线激光装置3，其中红外发光线激光装置3位于红外光学镜头1和光学镜头2之间且位于两个镜头圆心的连接线上，红外发光线激光装置3可发射红外线激光，其发射脉冲峰值为50W，通过初射的红外线激光，可在天空形成扇形的红外激光探测光幕；在底座20上设有底座导轨插口19和锁紧旋钮18，其中，金属导轨41通过插入每个复合光电探测靶靶体23中底座20上的底座导轨插口19而与两个复合光电探测靶靶体23之间连接，锁紧旋钮18用于锁紧金属导轨41和底座导轨插口19。此外，每条金属导轨41的中间设有伸缩部25，在伸缩部25上设有锁紧旋钮24，这样可以使金属导轨41自由伸缩以调节两个复合光电探测靶靶体23之间的距离，从而满足不同环境下的测试需求。
在壳体40内部且位于红外光学镜头1的下方设有红外探测屏蔽盒37，该红外探测屏蔽盒37通过链接件5与壳体40上部内表面固定连接，并通过壳体40上表面上的通孔与红外光学镜头1相连通，在红外探测屏蔽盒37内部且位于红外光学镜头1正下方设有红外探测接收器4，红外探测接收器4与红外探测接收处理电路6相连接，其中红外探测接收器4的感光面为3mm×2mm。当飞行弹丸穿过红外激光探测光幕时，弹丸表面的反射回波能量汇聚到红外光学镜头1中，并经过红外探测接收器4的接收和红外探测接收处理电路6的处理并输出脉冲信号。
在壳体40内部且位于光学镜头2的下方设有可见光探测屏蔽盒38，该可见光探测屏蔽盒38通过链接件5与壳体40上部内表面固定连接，并通过壳体40上表面上的通孔与光学镜头2相连通，在可见光探测屏蔽盒38内部且位于光学镜头2正下方的焦平面上设有狭缝光阑8，狭缝光阑8的下方设有可见光阵列探测接收器7，这样可通过狭缝光阑8映射到天空中形成一个扇形的可见光探测光幕，可见光阵列探测接收器7与可见光探测接收处理电路9相连接，在可见光探测屏蔽盒38内部还设有可见光光能采集与处理电路10，其与可见光探测接收处理电路9相连接。其中，狭缝光阑8与可见光阵列探测接收器7的感光面等长，均为43mm，狭缝光阑8宽度为0.5mm，可见光阵列探测接收器7的感光面宽度为2.5mm。当飞行弹丸穿过可见光探测光幕时，弹丸遮住了扇形光幕而产生的变化光通量，该光通量变化信号被可见光阵列探测接收器7接收，并通过可见光探测接收处理电路9和可见光光能采集与处理电路10的处理，最终输出脉冲信号。
此外，在壳体40内部下方还设有红外激光发射控制电路11和复合处理与数据传输电路12，其中，红外激光发射控制电路11与红外发光线激光装置3相连接，这样，红外发光线激光装置3可由红外激光发射控制电路11启动；复合处理与数据传输电路12分别与红外探测接收处理电路6和可见光光能采集与处理电路10相连接，这样，红外探测接收处理电路6和可见光光能采集与处理电路10输出的信号可由复合处理与数据传输电路12运算输出并最终输出给终端处理与显示仪26，从而实现控制指令发送。
如图4、6所示，光学镜头2上设有可控光圈调整机构13，可控光圈调整机构13中设有光圈调整装置39，光圈调整装置39与光学镜头2共同转动，光圈调整装置39外侧安装有外齿轮14，外齿轮14的齿轮转动弧度范围为38°，当外齿轮14转动时带动光圈调整装置39也随之一起转动，进而改变光学镜头2的光圈。在壳体40内部且位于可见光屏蔽盒38侧面设有步进电机16，该步进电机16与壳体上表面内侧固定连接且配置地用于远程控制外齿轮14的转动，进而调节光学镜头2的光圈，这样可减少人工调整光学镜头2的光圈的繁杂和不便。具体地，步进电机16中转动轴的末端嵌套有圆形齿轮15，圆形齿轮15与外齿轮14相互咬合，从而当调节步进电机16转速时，圆形齿轮15的转动带动外齿轮14的转动，从而改变光学镜头2的光圈大小，从而实现远程控制入射到可见光阵列探测器7的感光面光能大小，减少背景强光照度的影响。其中，可见光光能采集与处理电路10为可控光圈调整机构13的控制提供控制依据。即运用可见光光能采集电路输出的光能电压数据来调整步进电机16的转动量。
此外，在底座20的四个角位置处分别安装有基座调整旋钮21和底脚22，底座20与基座调整旋钮21和底脚22之间通过螺钉连接，其中，基座调整旋钮21配置地用于调整探测靶体呈水平状态，此外，在底座20上设有两个正交布置的水平观测水泡17，该水平观测水泡17用于显示复合光电探测靶靶体23的水平程度。
参照图5，此外，在复合光电探测靶靶体23的壳体40的一个侧面上设有控制面板，在控制面板上设有五段波段开关27、电源指示与信号测试电压表28、远程信号传输端口29、靶体内部电源开关30和电源供电输入端口31。其中，电源供电输入端口31适用于12V和20V的电源供电输入电压。
参见图7，在终端处理与显示仪26的一个侧面上设有操作面板，在操作面板上设有靶距键盘输入区32、光圈控制发送指令按钮33、系统复位按钮34、数据保存按钮35和可触摸液晶屏36。其中，靶距键盘输入区32可用于对输入的靶距进行修改操作，可触摸液晶屏36用于显示输入的靶距、输出显示计时值和最终测速结果。
本发明所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种轨道式测速系统，其包括两个复合光电探测靶靶体(23)和终端处理与显示仪(26)，两个复合光电探测靶靶体(23)平行布置于弹丸飞行方向上预定的测速区中并用于形成探测天幕M1和M2，这两个复合光电探测靶靶体(23)通过两条平行的金属导轨(41)连接在一起，两个复合光电探测靶靶体(23)均与终端处理与显示仪(26)相连接，终端处理与显示仪(26)配置地用于测量和计算飞行弹丸依次穿过探测天幕M1和M2构成的平行光幕区间的时间值，同时结合两个探测天幕M1和M2之间的距离，计算出飞行弹丸的瞬时速度，并通过终端处理与显示仪(26)显示测速结果。
2.如权利要求1所述的轨道式测速系统，其特征在于：复合光电探测靶靶体(23)包括壳体(40)和底座(20)，壳体(40)设置在底座(20)上并位于底座(20)的中部，在壳体(40)的上表面设有红外光学镜头(1)、光学镜头(2)和红外发光线激光装置(3)，其中红外发光线激光装置(3)位于红外光学镜头(1)和光学镜头(2)之间。
3.如权利要求2所述的轨道式测速系统，其特征在于：光学镜头(2)上设有可控光圈调整机构(13)，可控光圈调整机构(13)中设有光圈调整装置(39)，光圈调整装置(39)与光学镜头(2)共同转动，光圈调整装置(39)外侧安装有外齿轮(14)，当外齿轮(14)转动时带动光圈调整装置(39)也随之一起转动，进而改变光学镜头(2)的光圈；在壳体(40)内部设有步进电机(16)，该步进电机(16)与壳体(40)上表面内侧固定连接，步进电机(16)中转动轴的末端嵌套有圆形齿轮(15)，圆形齿轮(15)与外齿轮(14)相互咬合，从而当调节步进电机(16)转速时，圆形齿轮(15)的转动带动外齿轮(14)的转动，从而改变光学镜头(2)的光圈大小，实现远程控制入射到可见光阵列探测器(7)的感光面光能大小，减少背景强光照度的影响。
4.如权利要求3所述的轨道式测速系统，其特征在于：在底座(20)上设有底座导轨插口(19)和锁紧旋钮(18)，其中，金属导轨(41)通过插入每个复合光电探测靶靶体(23)中底座(20)上的底座导轨插口(19)而与两个复合光电探测靶靶体(23)之间滑动连接，锁紧旋钮(18)用于锁紧金属导轨(41)和底座导轨插口(19)，此外，每条金属导轨(41)的中间设有伸缩部(25)，在伸缩部(25)上设有锁紧旋钮(24)，这样可以使金属导轨(41)自由伸缩以调节两个复合光电探测靶靶体(23)之间的距离，从而满足不同环境下的测试需求。
5.如权利要求4所述的轨道式测速系统，其特征在于：在壳体(40)内部且位于红外光学镜头(1)的下方设有红外探测屏蔽盒(37)，该红外探测屏蔽盒(37)通过链接件(5)与壳体(40)上部内表面固定连接，并通过壳体(40)上表面上的通孔与红外光学镜头(1)相连通，在红外探测屏蔽盒(37)内部且位于红外光学镜头(1)正下方设有红外探测接收器(4)，红外探测接收器(4)与红外探测接收处理电路(6)相连接。
6.如权利要求5所述的轨道式测速系统，其特征在于：在壳体(40)内部且位于光学镜头(2)的下方设有可见光探测屏蔽盒(38)，该可见光探测屏蔽盒(38)通过链接件(5)与壳体(40)上部内表面固定连接，并通过壳体(40)上表面上的通孔与光学镜头(2)相连通，在可见光探测屏蔽盒(38)内部且位于光学镜头(2)正下方的焦平面上设有狭缝光阑(8)，狭缝光阑(8)的下方设有可见光阵列探测接收器(7)，这样可通过狭缝光阑(8)映射到天空中形成一个扇形的可见光探测光幕，可见光阵列探测接收器(7)与可见光探测接收处理电路(9)相连接，在可见光探测屏蔽盒(38)内部还设有可见光光能采集与处理电路(10)，其与可见光探测接收处理电路(9)相连接。
7.如权利要求6所述的轨道式测速系统，其特征在于：此外，在壳体(40)内部下方还设有红外激光发射控制电路(11)和复合处理与数据传输电路(12)，其中，红外激光发射控制电路(11)与红外发光线激光装置(3)相连接，这样，红外发光线激光装置(3)可由红外激光发射控制电路(11)启动；复合处理与数据传输电路(12)分别与红外探测接收处理电路(6)和可见光光能采集与处理电路(10)相连接，这样，红外探测接收处理电路(6)和可见光光能采集与处理电路(10)输出的信号可由复合处理与数据传输电路(12)运算输出并最终输出给终端处理与显示仪(26)，从而实现控制指令发送，可见光光能采集与处理电路(10)为可控光圈调整机构(13)的控制提供控制依据。即运用可见光光能采集电路(10)输出的光能电压数据来调整步进电机(16)的转动量。
8.如权利要求1-7中任一项所述的轨道式测速系统，其特征在于：在底座(20)的四个角位置处分别安装有基座调整旋钮(21)和底脚(22)，底座(20)与基座调整旋钮(21)和底脚(22)之间通过螺钉连接，其中，基座调整旋钮(21)配置地用于调整探测靶体呈水平状态，此外，在底座(20)上设有两个正交布置的水平观测水泡(17)，该水平观测水泡(17)用于显示复合光电探测靶靶体(23)的水平程度。
9.如权利要求8所述的轨道式测速系统，其特征在于：在复合光电探测靶靶体(23)的壳体(40)的一个侧面上设有控制面板，在控制面板上设有五段波段开关(27)、电源指示与信号测试电压表(28)、远程信号传输端口(29)、靶体内部电源开关(30)和电源供电输入端口(31)，其中，电源供电输入端口(31)适用于12V和20V的电源供电输入电压。
10.如权利要求9所述的轨道式测速系统，其特征在于：在终端处理与显示仪(26)的一个侧面上设有操作面板，在操作面板上设有靶距键盘输入区(32)、光圈控制发送指令按钮(33)、系统复位按钮(34)、数据保存按钮(35)和可触摸液晶屏(36),其中，靶距键盘输入区(32)可用于对输入的靶距进行修改操作，可触摸液晶屏(36)用于显示输入的靶距、输出显示计时值和最终测速结果。
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