CN105241579B - 一种反后坐装置温度自动测量仪及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反后坐装置温度自动测量仪，包括：由光学系统和探测器组成的测温模块；用于清洁空气介质内的灰尘，提高测量精度的清尘装置；系统模块，通过环境温度度传感器对测量的温度值进行校准，并设置有用于过温报警的蜂鸣器，本发明还公开了一种反后坐装置温度自动测量控制方法，光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器，通过对表观温度的校正获得中间温度，再通过环境温湿度值进行中间温度误差修正获得实际温度，可以实时、精准测量被测物体的温度，对射手正确操作使用也起到了监督和安全作用，未来装备使用和保障上有着非常实际的重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及温度测量装置，具体涉及一种反后坐装置温度自动测量仪及一种反后坐装置温度自动测量控制方法。
背景技术
1897年第一门具有现代化反后坐装置的火炮问世。1894年法国研制了具有液压气动式驻退复进装置的炮架，称之弹性炮架。炮身安装在弹性炮架上，可大大缓冲发射时的后坐力，使火炮射击后自动复位，再也不需要靠人力拉拽使火炮复位了，发射速度和精度得到很大的提高，火炮的质量也得以减轻。反后坐装置的问世可称为坦克设计史上的一次飞跃。
所谓反后坐装置，就是在炮身与炮架之间所设置的一个弹性部件，炮身与炮架通过反后坐装置连接起来，使炮底合力不是直接作用在炮架上，而是作用在一个弹性部件上。发射时，使炮身对炮架产生相对运动(后坐运动)，反后坐装置提供一个后坐阻力，炮身在阻力的作用下，使后坐部分在一定的行程上停止下来。
目前国内外装备的火炮重要参数采集都是靠人工观察和手动填写履历本，也就是在火炮训练或射击完毕后由车内人员测量数据并手动记录。现在还没研究出一个装置可以自动时刻测量并记火炮重要参数。不能很好的自动测量记录反后坐装置的相关数据，并研究其后坐规律，更好的保护和维修火炮反后坐装置，提高装备的使用寿命。
从长远看,坦克各个功能的自动化应用于未来战场已经是必然趋势。只有高效率高质量的完成坦克的各项维护保障工作才能在战场上发挥装备最大效能，所以火炮重要参数采集的研究是未来装备使用和保障发展的必然需要。而反后坐装置温度自动测量记录仪器研究是为了更好的完善装备使用和保障的需要。
发明内容
本发明的一个目的是解决了手动测量并记录数据存在误差和观察不准确的问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的一个目的是一种反后坐装置温度自动测量记录仪器，精准记录每一次后坐时驻退液的温度，超过规定的温度使用界限后具备报警功能。
本发明还有一个目的是通过对环境温湿度的检测，校正测温装置的误差，实时、精准测量被测物体的温度。
本发明提供的技术方案为：
一种反后坐装置温度自动测量仪，包括：
温模块，其设置在反后坐装置的驻退机下方，包括光学系统和探测器，当火炮后坐驻退液辐射的红外能量通过大气媒介传输到测温模块时,光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；
清尘装置，其设置在反后坐装置与测温模块之间，用于清洁空气介质内的灰尘，提高测量精度。
校准模块,其设置在火炮后坐附近，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；
系统模块，其连接所述探测器和温湿度传感器，用于记录探测器和温湿度传感器传递的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度；以及，
报警装置，其与所述系统模块连接，内部设置有蜂鸣器，用于过温报警。
优选的是，所述的探测器为光电倍增管探测器、光敏电阻探测器和雪崩二极管探测器中的一种。
优选的是，还包括稳压电源，其连接所述光学系统。
优选的是，所述的系统模块为单片机。
优选的是，其特征在于，所述的系统模块与温度传感器之间设置有信号补偿电路。
优选的是，还包括：显示模块，其采用四位共阳数码管显示屏，显示所述系统模块计算出的温度。
优选的是，还包括；存储终端，其与所述系统模块相连。
优选的是，所述的清尘装置为吸附式静电除尘器。
本发明的目的还可以进一步由一种反后坐装置温度自动测量控制方法来实现，该方法包括以下步骤：
步骤一：开启所述清尘装置，对光学系统表面的透镜及周围空气介质中的粉尘进行吸附清除；
步骤二：通过检测电压确定被测物体的表观温度，
式中，Vin为检测到的电压值，R为探测器的灵敏度，αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，REH为光学系统的分辨率；
步骤三：线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9；
步骤四：根据温度传感器测得的环境温度Tenv，湿度传感器测得的相对湿度RHenv，其为百分数，修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
式中，RHrul为常规相对湿度，取值为百分数，ε(E)为温度传感器的修正值，取值0.1～0.9；
步骤五：被测物体的真实温度Treal显示在显示屏上，当Treal≥Tpre时，蜂鸣器开关开启，进行报警。
优选的是，所述的Tpre预先存储在单片机中，测得的Treal实时记录在存储单元中。
本发明与现有技术相比具有的有益效果
本发明利用红外辐射测温装置，能够显示火炮反后坐装置温度，同时具备存储功能，可以通过大量的数据研究其后坐规律，更好的保护和维修火炮反后坐装置；当火炮后坐温度超过预设值时，装备具有报警功能，提高装备的使用寿命；利用温湿度传感器对环境温室度进行检测，进而修正了测量误差，实现了火炮后坐装置温度的精准测量，对射手正确操作使用也起到了监督和安全作用，未来装备使用和保障上有着非常实际的重大意义。
附图说明
图1为本发明所述的反后坐装置温度自动测量仪的结构连接示意图。
图2为本发明所述的分压电压电路图。
图3为本发明所述的稳压电源的电路原理图。
图4为本发明所述的系统模块单片机原理图。
图5为本发明所述的单片机引脚图。
图6为本发明所述的报警装置电路图。
图7为本发明所述的复位电路图。
图8为本发明所述的补偿电路图。
图9为本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种反后坐装置温度自动测量仪，包括测温模块110、清尘装置120、系统板130、校准模块140、报警装置150、显示模块160和存储终端170。
测温模块110，其设置在反后坐装置的驻退机下方，包括光学系统111和探测器112，当被测物体辐射的红外能量通过大气媒介传输到测温模块时,光学系统111将目标辐射的能量汇聚到探测器112，实现光信号与电信号之间的转换；
光学系统111包括聚焦透镜、半透半反镜、反射镜、场镜、目镜以及用于过滤光源的光阑组件，主要用于接收被测物体辐射的特定波长的红外光，光学系统的设计与距离系数相关，即光学系统镜头到目标之间的距离D与被测目标直径大小S之比，为了能准确测温，被测目标尺寸应大于光学焦点处光斑尺寸，距离系数D/S越大，光学系统接收到的能量就越少。
探测器112为光电效应探测器，其为光电倍增管探测器、光敏电阻探测器和雪崩二极管探测器中的一种，常用到的为雪崩式二极管，即利用PN结势垒使入射光子能量转换为电子能量雪崩式二极管适用于光纤通信、激光测距及其他微弱光的检测,探测器的响应波长为8μm-12μm，此波段适合低温测量，尤其适用金属和液体表面温度测量。
清尘装置120，其设置在反后坐装置与测温模块110之间，环境条件对测温结果又很大影响，当环境存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下会影响到测温精度，甚至导致装置损坏，因此采用吸附式静电除尘器，即可以有效的吸附环境内的灰尘、烟雾和水汽，又可以对光学系统表面的灰尘进行清洁，提高测量精度。
系统模块130，用于记录探测器的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度；
校准模块140,其连接系统模块130，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器，温度传感器141测得环境温度和湿度传感器142测得环境的湿度，并将温度和湿度信号传递给系统模块130，系统模块130对温湿度值进行分析计算，从而对测得的温度进行误差修正；
报警装置150，其与系统模块130连接，内部设置有蜂鸣器，用于过温报警，系统板130内预置温度值，当测得的温度高于预置温度值时，蜂鸣器开启，进行报警；
显示模块160，其连接系统模块130，将系统模块130计算出的被测物体温度显示在显示屏上，采用OLED液晶显示器，液晶显示器的显示功能强大，可显示大量文字、图形、显示多样，清晰可见，所以在此设计中采用OLED显示屏。而且使用并行数据传输，一方面是因为并行传输数据速度快响应快，另一方面是因为系统板I/O口有剩余，OLED的特性是自己发光不像TFTLCD需要背光，因此可视度和亮度均高，其次是电压需要低且省电效率高。
存储终端170，其与系统模块130连接，能够通过存储终端170存储记录系统模块130的测试数据。
如图2、3所示，在另一实施例中，稳压电源180是本装置运行需要供电系统，使用到的主电源是来自装备里的24V电压电源，经过分压电路的处理接出一个12V的电压，再用L7805CV为主的电路将12V电压转换+5V电压，其为三端集成稳压电源应用电路，电源电压经分压后得到的+12V电压，在输出端即可得到稳定的输出电压+5V为了改善纹波电压，在输入端接入电容C0，其值为100μF。同时在输出端上接入电容C0，其值为100μF,以改善负载的瞬态响应。以防输出电压过高，所以在输入端和输出端之间跨接一个保护二极管V2(IN4007)，其具体作用是在输入端短路时使输入端和地之间的电容C0通过二极管放电，以保护集成稳压器内部调整管电源。
如图4、5所示，在另一实施例中，系统模块130采用TM32F103低功耗高性能单片机，有48个引脚，37个外部双向输入/输出(I/O)端口。其次内含4个定时器，2个12位模数转换器，2个位数模转换器，2个IC接口3个USART接口。同时STM32F103可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
如图6所示，在另一实施例中，报警装置150是反后坐装置温度自动测量记录装置的报警上限，超过这个温度将会报警，报警模块主要由单片机的P2.6口控制，当测温超出100℃的时候，单片机上的LED灯亮起。时钟电路引脚是PD0和PD1,为了产生时钟信号，在STM32F103内部设置了一个反相放大器，PD0是片内振荡器反相放大器的输入端，PD1是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。当接通电源时，PD0和PD1外接石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率振荡，就产生时钟信号，本系统使用的石英晶振频率为8MHz。
如图7所示，在另一实施例中，复位功能的引脚是RST7脚，在装置整个运行时，温度传感器会持续不间断测量并记录温度，全部工作完成后，手动按下复位键按钮，程序计数器全部清零。
如图8所示，在另一实施例中，补偿电路190，信号经过电容C1耦合到放大器A1的同相端，输出信号经过有源滤波器滤掉不要的成分，补偿电路采用硅二极管D1，补偿信号由A4放大好经加法器A3的同相端与信号电压相加后输出，在200℃时输出为4V，放大器输出为3V，温度补偿器输出为1V。
一种反后坐装置温度自动测量仪的控制方法，控制方法是装置正常运行的必备手段，系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、温度处理子程序、OLED显示子程序设计等；主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式，然后调用红外测温传感器接收制退液发出的红外信号，测出温度后结果将以十六进制BCD码方式送往OLED显示约0.5s，然后再接收红外信号重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易测量温度，主程序采用C语言编写。
如图9所示，一种控制方法具体操作方式包括如下步骤：
S210：初始化显示装置160、初始化测温模块110；
S220：开启清尘装置120，对光学系统111表面的透镜及周围空气介质中的粉尘进行吸附清除；
S230：测物体辐射的红外能量通过大气媒介传输到测温模块时,光学系统111将目标辐射的能量汇聚到探测器112，并将红外信号转换电信号传说给系统模块130；
S240：系统模块130处理得到表观温度值
式中，Vin为检测到的电压值，其单位为mV；R为探测器的灵敏度，其单位为dBm,αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，取值为0～1之间；σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，单位为W/m2·K4；REH为光学系统的分辨率，其单位为DPI；
S250：系统模块130线性化处理得到物体的表观温度Tmea，其单位为K，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9；
S260：根据温度传感器141测得的环境温度Tenv，其单位为K,湿度传感器142测得的相对湿度RHenv，其为百分数，用于修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
式中，RHrul为常规相对湿度，取值为20％，ε(E)为温度传感器的修正值，取值0.1～0.9；
S270：被测物体的真实温度Treal显示在显示模块160的OLED显示屏上，并将温度存储在存储终端170中；
S271：当满足条件，Treal≥Tpre时，报警系统灯亮起，蜂鸣器开关开启，进行报警；
作为一种优选，所述的Tpre预先存储在单片机中，测得的Treal实时记录在存储单元中；
S272：当按下复位键，启动复位功能。
实施以火炮反后坐装置驻退液的温度测量为例，作进一步的说明，
在使用反后坐装置温度测量仪时，首先初始化显示装置160、初始化测温模块110，开启开启所清尘装置120，对光学系统111表面的透镜及周围空气介质中的粉尘进行吸附清除；
然后，测物体辐射的红外能量通过大气媒介传输到测温模块时,光学系统111将目标辐射的能量汇聚到探测器112，并将红外信号转换电信号传说给系统模块130，系统模块130处理得到表观温度值；
系统模块130线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度；
根据温度传感器141测得的环境温度Tenv，湿度传感器142测得的相对湿度RHenv，修正测量误差，计算被测物体的真实温度；
被测物体的真实温度Treal显示在显示模块160的OLED显示屏上；
当满足条件，Treal≥Tpre时，报警系统灯亮起，蜂鸣器开关开启，进行报警。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (2)
1.一种反后坐装置温度自动测量仪的控制方法，其特征在于，
反后坐装置温度自动测量仪包括：
测温模块，其设置在反后坐装置的驻退机下方，包括光学系统和探测器，当火炮后坐驻退液辐射的红外能量通过大气媒介传输到测温模块时,光学系统将目标辐射的能量汇聚到探测器；
清尘装置，其设置在反后坐装置与测温模块之间，用于清洁空气介质内的灰尘，提高测量精度；
校准模块,其设置在火炮后坐附近，并包括用于测量环境温湿度的温湿度传感器；
系统模块，其连接所述探测器和温湿度传感器，用于记录探测器和温湿度传感器传递的电信号，同时根据传递的电信号计算被测物体的真实温度；以及，
报警装置，其与所述系统模块连接，内部设置有蜂鸣器，用于过温报警；
包括以下步骤：
步骤一：开启所述清尘装置，对光学系统表面的透镜及周围空气介质中的粉尘进行吸附清除；
步骤二：通过检测电压确定被测物体的表观温度，
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式中，Vin为检测到的电压值，R为探测器的灵敏度，αair为与衰减距离有关的常数，ε为辐射率，σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数，REH为光学系统的分辨率；
步骤三：线性化处理得到物体的表观温度Tmea，进行辐射率校正为中间温度，
其校正式为
式中，ε(T)为辐射率，取值0.1～0.9；
步骤四：根据温度传感器测得的环境温度Tenv，湿度传感器测得的相对湿度RHenv，修正测量误差，计算被测物体的真实温度，
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RHrul为常规相对湿度，取值为百分数,ε(E)为温度传感器的修正值，取值0.1～0.9；
步骤五：被测物体的真实温度Treal显示在显示屏上，当Treal≥Tpre时，蜂鸣器开关开启，进行报警。
2.根据权利要求1所述的反后坐装置温度自动测量仪的控制方法，其特征在于，所述的Tpre预先存储在单片机中，测得的Treal实时记录在存储单元中。
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Non-Patent Citations (1)
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