CN104833825A - 光幕靶模拟校验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光幕靶模拟校验系统，包括主控箱模块、平行光幕模块、光电接收模块和波形显示模块，所述主控箱模块与平行光幕模块相连，控制平行光幕模块的通断，平行光幕模块产生平行光幕照射到光电接收模块，所述波形显示模块分别与平行光幕模块和光电接收模块连接，用于采集并显示平行光幕模块和光电接收模块的瞬态波形。本发明利用主控箱模块控制平行光幕的通断实现模拟战斗部破片穿过光幕瞬间，使其可于室内进行实验，节省了人力财力且不存在危险性；通过控制脉冲宽度以及对多对光幕的测试结果取平均值的方法进一步降低了系统误差。
Description
技术领域
本发明属于光学测试技术领域，特别是一种光幕靶模拟校验系统。
背景技术
随着光学测试技术的发展，其在各行各业的应用也越来越广泛，如测试战斗部破片飞行过程中的诸如速度、方向、飞行坐标等参数。
高压物理学报刊登的一篇名为“用于小破片群测量的光幕靶测试技术”公开了一种光幕靶，其工作原理是由所构建的光学系统发射出的平行光幕照射带有光电转换的接收模块，当战斗部破片穿过光幕瞬间，接收模块会因战斗部破片遮住照射的平行光而发生光电转换而感受战斗部破片穿过瞬间，固定的光幕间通过对比时间差和距离通过一定算法便可得出战斗部破片的飞行参数，但是这样的测试结果误差受系统误差影响较大，想要进一步提高测试结果精度则要计算出系统误差，系统误差存在于整个测试系统之中，包括从平行光发生模块产生平行光到光电接收模块接收平行光并进行光电转换输出信号的整个过程。现有技术中尚无对光幕靶系统误差测试问题的描述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光幕靶模拟校验系统，用于测定战斗部破片飞行参数测定系统的系统误差。
实现本发明目的的技术方案为：一种光幕靶模拟校验系统，包括主控箱模块、平行光幕模块、光电接收模块和波形显示模块；
所述主控箱模块与平行光幕模块相连，控制平行光幕模块的通断，平行光幕模块产生平行光幕照射到光电接收模块，所述波形显示模块分别与平行光幕模块和光电接收模块连接，用于采集并显示平行光幕模块和光电接收模块的瞬态波形。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：(1)本发明的数据采集系统的采样频率为1兆赫兹，具有同步采样功能，具体测出了校准过程中系统的反应时间，经多次试验其相对不确定度在0.003％以内；(2)本发明利用主控箱模块控制平行光幕的通断实现模拟战斗部破片穿过光幕瞬间，使其可于室内进行实验，免去了人力财力和不必要的开支并不存在危险性；(3)本发明通过多种控制脉冲宽度以及对多对光幕的测试结果取平均值的方法进一步降低了系统误差；(4)本发明利用12倍频的单片机，其精度可达到0.1us，使系统误差精度在1us以内，利于实现高精度系统误差校验。
附图说明
图1为本发明的光幕靶模拟校验系统的原理框图。
图2为本发明的待校验光幕靶的结构示意图。
图3为本发明的主控箱模块的原理框图。
图4为本发明实施例的信号校准原理图。
图5为本发明实施例的波形显示模块采集的系统误差波形图。
具体实施方式
根据光幕靶的测速原理，测试结果的误差由测距误差和测时误差两部分组成，测时误差由随机误差和系统误差组成；系统误差产生的原因主要是由于每个光幕传感器电气特性或安装结构有差异，会使系统输出的测时脉冲信号与激励之间不一致，从而产生测时误差。为了改善或减小光幕传感器测时的系统误差，通过光电模拟校验器产生的标准脉冲信号实现光幕传感器中激光器的控制，模拟飞行弹体穿越光幕的瞬间时刻，对标准光幕测速传感器输出信号进行校准，依据校准数据修正标准光幕测速传感器的系统误差。
结合图1，本发明的一种光幕靶模拟校验系统，包括主控箱模块1、平行光幕模块2、光电接收模块3和波形显示模块4；所述平行光幕模块2和光电接收模块3的数量相同且至少为两个，每个平行光幕模块与光电接收模块一一对应设置，不同平行光幕模块照射的光幕相互平行；
所述主控箱模块1与平行光幕模块2连接，控制平行光幕模块2的通断，平行光幕模块2与光电接收模块3设置在同一平面上，使光幕照射到光电接收模块3的感光部分，波形显示模块4分别与平行光幕模块2和光电接收模块3连接，用于捕捉两模块的瞬态波形。
结合图2，光幕靶模拟校验系统还包括框架5-1、数据输出接口5-3、脚轮5-4、水平调节蹄脚5-5、电源模块5-6和滑动导轨5-7；平行光幕模块2和光电接收模块3构成测速靶面5-2，测速靶面5-2通过滑动导轨5-7可在框架5-1内横向移动来调整靶面距离，脚轮5-4与水平调节蹄脚5-5用来移动整个测速系统在地面上的位置，电源模块5-6为测速靶面5-2提供工作电压，数据输出接口5-3用来将飞行物体过靶信号发送给波形显示模块4。
结合图3，所述高精度模拟校验系统的主控箱模块1包括主控电路板1-1、电压转换模块1-4、前面板1-2和后面板1-3，其中前面板包括液晶显示屏1-2-1、校验脉宽选择开关1-2-2、单次/连续触发选择按钮1-2-3和校验周期调节旋钮1-2-4，后面板1-3包括10路航空头1-3-1，用于输出驱动信号以驱动平行光幕模块2，其中：电压转换模块1-4与主控电路板1-1相连，为主控电路板1-1和平行光幕模块2提供工作电压，前面板1-2上的液晶显示屏1-2-1与主控电路板1-1相连，用于人机交互反馈当前校验状态，校验脉宽选择开关1-2-2与主控电路板1-1相连，用于调节当前校验脉宽，单次/连续触发选择按钮1-2-3与主控电路板1-1相连，用于选择单次或连续触发状态，校验周期调节旋钮1-2-4与主控电路板1-1相连，用于调节校验周期，航空头1-3-1与主控电路板1-1相连，用于输出驱动脉冲以驱动平行光幕模块2。
所述主控电路板1-1包括数字电路模块和模拟电路模块，其中数字电路模块完成对前面板1-2的液晶显示屏1-2-1、校验脉宽选择开关1-2-2、单次/连续触发选择按钮1-2-3和校验周期调节旋钮1-2-4的驱动并输出数字脉冲给模拟电路模块，模拟电路模块将数字电路模块输出的数字脉冲进行模拟放大后通过航空头1-3-1驱动平行光幕模块2。模拟电路模块包括第一NPN三极管和第二NPN三极管，所述第一NPN三极管的发射极与第二NPN三极管的基极相连，构成两级放大电路。
所述校验脉宽选择开关1-2-2为五档位波段开关，所述单次/连续触发选择按钮1-2-3为单刀双掷开关，所述校验周期调节旋钮1-2-4为数字电位器，所述电压转换模块1-4为220v-5vDC开关电源。
所述平行光幕模块2包括激光点光源和光学透镜，所述激光点光源经过光学透镜发射出平行光幕。所述光电接收模块3包括依次连接的硅光电池、整流电路和比较电路，硅光电池作为感光元件，经过整流、比较后输出光电转换后的信号。
所述波形显示模块4采用NI公司型号为PXIe-4339的高速数据采集系统。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
结合图1，一种高精度模拟校验系统，包括主控箱模块1、平行光幕模块2、光电接收模块3和波形显示模块4；其中主控箱模块1与平行光幕模块2连接，控制平行光幕模块2的通断，平行光幕模块2与光电接收模块3安置于同一平面上，使光幕照射到光电接收模块3的感光部分，波形显示模块4分别与平行光幕模块2和光电接收模块3连接，用于采集并显示两模块的瞬态波形；
结合图3，主控箱模块1包括：主控电路板1-1、电压转换模块1-4、前面板1-2和后面板1-3，其中前面板包括液晶显示屏1-2-1、校验脉宽选择开关1-2-2、单次/连续触发选择按钮1-2-3和校验周期调节旋钮1-2-4，后面板1-3包括10路航空头1-3-1，用于输出驱动信号以驱动平行光幕模块2，其中：电压转换模块1-4与主控电路板1-1相连，将供电的220V电压转换为5V直流电压为主控电路板1-1和平行光幕模块2供电；
前面板1-2上的液晶显示屏1-2-1与主控电路板1-1相连，用于人机交互反馈当前校验状态，该液晶显示屏为128*64点阵液晶屏；校验脉宽选择开关1-2-2与主控电路板1-1相连，使校验脉宽可以在20us、50us、100us和150us之间进行选择；单次/连续触发选择按钮1-2-3为单刀双掷开关，与主控电路板1-1相连，用于选择单次或连续触发状态；校验周期调节旋钮1-2-4为数字电位器，与主控电路板1-1相连，用于调节校验周期；航空头1-3-1与主控电路板1-1相连，用于输出驱动脉冲以驱动平行光幕模块2。
主控电路板1-1包括数字电路模块和模拟电路模块，其中数字电路模块完成对前面板1-2的液晶显示屏1-2-1、校验脉宽选择开关1-2-2、单次/连续触发选择按钮1-2-3和校验周期调节旋钮1-2-4的驱动并输出数字脉冲给模拟电路模块，模拟电路模块将数字电路模块输出的数字脉冲进行模拟放大后通过航空头1-3-1驱动平行光幕模块2。
首先，将航空头1-3-1与测速靶面5-2的平行光幕模块2进行连接，将波形显示模块与主控箱1和数据输出接口5-3进行连接，可以通过滑动导轨5-7调整靶间距离，系统上电后，通过对主控箱1的前面板1-2可设置校验器的触发参数，平行光幕模块2在主控箱模块1的驱动下产生闪动的平行光幕，此驱动信号被数据采集系统采集为校准信号，如图4所示，该平行光幕的状态被光电接收模块3的硅光电池所感受并转换成电信号后经过整流电路、比较电路后被数据采集系统所采集为被校准信号，最终通过计算标准信号与被测信号之间的时间差得到系统误差；图5为对单个测速靶面进行模拟校验的波形图，校准信号周期为468.021us、被校准信号周期为468.104us，通过计算得出该靶面的系统误差为0.0832us。
本发明利用主控箱模块控制平行光幕的通断实现模拟战斗部破片穿过光幕瞬间，使其可于室内进行实验，节省了人力财力并不存在危险性；通过多种控制脉冲宽度以及对多对光幕的测试结果取平均值的方法进一步降低了系统误差。
Claims (9)
1.一种光幕靶模拟校验系统，其特征在于，包括主控箱模块(1)、平行光幕模块(2)、光电接收模块(3)和波形显示模块(4)；
所述主控箱模块(1)与平行光幕模块(2)相连，控制平行光幕模块(2)的通断，平行光幕模块(2)产生平行光幕照射到光电接收模块(3)，所述波形显示模块(4)分别与平行光幕模块(2)和光电接收模块(3)连接，用于采集并显示平行光幕模块(2)和光电接收模块(3)的瞬态波形。
2.根据权利要求1所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述平行光幕模块(2)和光电接收模块(3)的数量均为N个，N≥2，且每个平行光幕模块与光电接收模块一一对应设置，不同平行光幕模块照射的光幕相互平行。
3.根据权利要求1或2所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述主控箱模块(1)包括主控电路板(1-1)、前面板(1-2)、后面板(1-3)和电压转换模块(1-4)。
所述前面板包括液晶显示屏(1-2-1)、校验脉宽调节开关(1-2-2)、单次/连续触发按钮(1-2-3)和校验周期调节旋钮(1-2-4)，后面板(1-3)上设置有航空头(1-3-1)；
电压转换模块(1-4)与主控电路板(1-1)和平行光幕模块(2)相连，为主控电路板(1-1)和平行光幕模块(2)提供工作电压，前面板(1-2)上的液晶显示屏(1-2-1)与主控电路板(1-1)相连，用于显示当前校验脉宽和单次/连续触发状态，校验脉宽调节开关(1-2-2)与主控板(1-1)相连用于调节当前校验脉宽，单次/连续触发按钮(1-2-3)与主控电路板(1-1)相连，用于选择单次/连续触发状态，校验周期调节旋钮(1-2-4)与主控电路板(1-1)相连，用于控制校验周期，航空头(1-3-1)与主控电路板(1-1)相连，用于输出驱动脉冲驱动平行光幕模块(2)。
4.根据权利要求3所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述主控电路板(1-1)包括数字电路模块和模拟电路模块，所述数字电路模块对前面板(1-2)的液晶显示屏(1-2-1)、校验脉宽选择开关(1-2-2)、单次/连续触发选择按钮(1-2-3)和校验周期调节旋钮(1-2-4)进行驱动并输出数字脉冲给模拟电路模块，模拟电路模块对数字脉冲进行模拟放大后通过航空头(1-3-1)驱动平行光幕模块(2)。
5.根据权利要求4所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述模拟电路模块包括第一NPN三极管和第二NPN三极管，所述第一NPN三极管的发射极与第二NPN三极管的基极相连，构成两级放大电路。
6.根据权利要求3所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述校验脉宽选择开关(1-2-2)为五档位波段开关，所述单次/连续触发选择按钮(1-2-3)为单刀双掷开关，所述校验周期调节旋钮(1-2-4)为数字电位器，所述电压转换模块(1-4)为220v-5vDC开关电源。
7.根据权利要求3所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述平行光幕模块(2)包括激光点光源和光学透镜，所述激光点光源经过光学透镜发射出平行光幕。
8.根据权利要求3所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述光电接收模块(3)包括依次连接的硅光电池、整流电路和比较电路，硅光电池作为感光元件，经过整流、比较后输出光电转换后的信号。
9.根据权利要求3所述的光幕靶模拟校验系统，其特征在于，所述波形显示模块(4)采用NI公司型号为PXIe-4339的数据采集系统。
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