CN106885917A - 主动式弹丸速度探测用光幕装置及弹丸速度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及靶场测试技术领域，具体涉及一种主动式弹丸速度探测用光幕装置及弹丸速度测量方法。本发明测量原理简单，抗干扰能力强，采用了主动光源，不受外界天空亮度的影响，只与弹丸弹体反射激光光线有关，实现了弹丸飞行速度的全天候测量。本发明采用的技术方案包括激光器，激光器位于玻璃固定板的上方，玻璃固定板被安装在圆形固定套筒的上方，次反射镜位于玻璃固定板的下方，主反射镜位于次反射镜的下方，光电探测模块屏蔽罩安装于固定底板上，光电探测模块屏蔽罩的上方安装有滤光片，光电探测器件位于滤光片的下方，信号处理电路模块位于光电探测模块屏蔽罩的下方，光电探测器件和信号处理电路模块通过信号线相连。

Description

主动式弹丸速度探测用光幕装置及弹丸速度测量方法

一、技术领域

本发明涉及靶场测试技术领域，具体涉及一种主动式弹丸速度探测用光幕装置及弹丸速度测量方法。

二、背景技术：

在枪、炮、弹、发射药的研制和生产中，弹丸速度是需要经常测试的关键参数。目前靶场较为常用的方法是两台区截装置与测时仪共同组成测速系统。当弹丸飞越两台区截装置对应的探测靶面时，两台装置对应的电路分别输出一个脉冲信号，测时仪测得两个脉冲信号的时间间隔t，该时间间隔即为弹丸穿越两台区截装置对应的探测靶面的时间，设两台区截装置对应的探测靶面的距离为S，则可计算出弹丸飞越两台区截装置对应的探测靶面之间的平均速度为

区截装置按照弹丸是否和装置接触可以分为接触型和非接触型两类，常用的接触型区截装置包括网靶和锡箔靶，常用的非接触型的区截装置包括线圈靶、天幕靶和光幕靶。相对于接触型的区截装置，非接触的区截装置具有非接触、不影响弹丸飞行速度、测量精度高、可重复使用等诸多优点。

测速天幕靶是目前最常用的一种用于探测弹丸到达空间某一预定位置的基于光电探测原理的区截装置，天幕靶和测时仪组成的区截弹丸速度测量系统，通常由两台天幕靶、一台电源以及一台测时仪组成。天幕靶主要由光路系统、信号处理电路和机械结构组成。天幕靶光路系统主要由镜头、狭缝光阑和光电探测器件组成，镜头和狭缝光阑共同作用，在空间形成一个扇形探测光幕，如图1所示，由于天幕靶在室外使用时，通常以天空为背景，所以通常将天幕靶形成的扇形探测光幕称为天幕。天幕靶工作时，一旦有飞行物体进入该天幕，遮住了进入狭缝的部分光线，则通过狭缝而到达光敏元件的光通量就发生了变化，因此，光敏元件所在的电路中会产生一正比于该光通量变化的信号。信号处理电路将此信号经过放大、整形，最后输出一个脉冲信号。

现有天幕靶的优点是搬运方便，由于天幕靶在室外使用时，通常以天空为背景光源，所以不需要自带光源，由于没有像室内测速用光幕靶类似的光源及靶架，所以天幕靶不容易被弹丸击中。但其也存在一定的问题，如：其只能适用于天空照度在一定范围的情况，当天空照度值太低时，如在黄昏或晚上需要试验时，天幕靶则无法使用。为弥补天幕靶的这个缺点，当遇到夜晚试验时，或者需要在室内靶道试验时，则需要为天幕靶配备人工背景光源，专利“天幕靶室内测速用光源”提供了一种天幕靶配人工光源所形成的光幕探测方案，其测量原理如图2所示。天幕靶配人工光源所组成的光幕探测装置，其优点为系统拆分灵活，单独的天幕靶可以用于室外弹丸速度测量，而天幕靶与光源组合则可以用于室内弹丸速度测量，但其也存在系统复杂、安装调试困难、不易移动等问题。

专利“大靶面光幕靶”提供的方案为基于LED发光阵列和半导体接收阵列的光幕探测器，该原理的光幕探测器主要由发光器件阵列、接收器件阵列、信号处理电路、以及相应的机械结构组成，目前主要采用发光效率较高的LED作为发光器件，采用半导体二极管作为接收器件，该原理的光幕探测器可以形成2m×2m的测量靶面，两台光幕探测器组成的光幕靶被广泛应用与室内靶道弹丸速度测量。该原理的光幕探测器具有形成靶面大，测量精度高等特点。但由于其需要较长的一整排LED发光阵列和一整排半导体光电接收阵列，所以基于该原理的光幕探测装置存在系统加工、装调复杂，发光和探测元器件较多等问题。此外，由于该原理的光幕探测装置有无法避免的外围靶筐的存在，所以很容易被弹丸击中，设备经常被打坏。

三、发明内容

本发明为解决现有各种弹丸速度测试用探测光幕装置存在的设备容易被击中、系统复杂、加工和装调困难等问题，提供一种主动式弹丸速度探测用光幕装置及弹丸速度测量方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：包括设置于固定底板上的顶部开口的圆形固定套筒，圆形固定套筒的顶部开口处设置有玻璃固定板，玻璃固定板的上表面中心设置有激光器，下表面设置有次反射镜，所述的圆形固定套筒内腔设置有主反射镜，主反射镜的中心设置有直径为80mm的圆孔，所述的玻璃固定板与主反射镜之间通过反射镜压圈固定，主反射镜下方圆形固定套筒内腔底部设置有光电探测模块屏蔽罩，光电探测模块屏蔽罩内设置有信号处理电路模块和光电探测器件，所述的光电探测器件设置于信号处理电路模块上端通过信号线连接，光电探测模块屏蔽罩的顶部滤光片，所述的玻璃固定板、主反射镜、次反射镜以及滤光片均为回转体，并且和激光器的发光点同心安装。

所述的激光器为半导体扇形一字线激光器，其发光形状为扇形，扇形角度为30～160°，激光器1发出的光线的波长为650nm。

所述的玻璃固定板2为厚度10mm的圆形。

所述的滤光片为窄带滤光片，其通过中心波长为650nm，与激光器发光波长相匹配。

所述的光电探测模块屏蔽罩和圆形固定套筒与固定底板通过螺钉连接。

所述的方法通过采用主动式的半导体扇形一字线激光器发出的光线形成弹丸探测光幕，再通过折反式光电探测系统接收弹丸反射的光线，进而实现探测弹丸到达空间预定位置的目的，两套同样的装置配合测时仪便可完成弹丸速度的测量；

具体的探测步骤为：

1)调整两套弹丸光幕探测装置在空间的位置和两套装置的距离，并用钢卷尺或激光测距仪测量两套弹丸光幕探测装置之间的距离S；

2)测试装置上电启动工作；

3)实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，弹体反射回一部分激光器发出的光线，反射回的光线穿过玻璃固定板，并依次经过主反射镜和次反射镜的反射，然后再穿过滤光片，最终被光电探测器件接收，光电探测器件将微弱的光信号转换为电信号；

4)光电探测器件产生的微弱电信号通过信号传输电缆传输至信号处理电路模块，信号处理电路模块对光电探测器件产生的微弱电信号进行放大、滤波、整形和输出，最终输出一个与弹丸穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号；该脉冲信号通过信号传输电缆传输给测时仪，用于启动测时仪开始计时；同样，当弹丸飞越第二台弹丸光幕探测装置时，第二台弹丸光幕探测装置对应的信号处理电路模块同样输出一个与弹丸穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号，该脉冲信号同样经过信号传输电缆传输给测时仪，用于停止测时仪计时，测时仪得到两个脉冲信号的时间间隔，即为弹丸飞越两台探测光幕所对应的时间t；

5)测时仪进一步根据所测量得到的时间t和两台装置探测光幕之间的距离S计算出弹丸穿越两个探测光幕面之间的平均飞行速度V：

6)得到弹丸飞行速度V，测时仪显示和存储计算结果V。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1、本发明测量原理简单，只需要一台半导体一字线激光光源和一个折反式大通光孔径光学镜头即可形成系统探测光幕，光路系统简单；

2、本发明抗干扰能力强，由于系统采用主动式激光光源，配合与光源波长相互匹配的滤光片，使得装置不容易受到外界其它波段光线的干扰，大大提高了系统的抗干扰能力；

3、本发明采用了主动光源，不受外界天空亮度的影响，只与弹丸弹体反射激光光线有关，实现了弹丸飞行速度的全天候测量，即装置在白天和晚上均可以使用，同样在室内外均可使用；

4、本发明采用无靶架和靶筐式设计，大大降低设备被弹丸击中的风险。

四、附图说明：

图1天幕形成原理图；

图2天幕靶配弧形光源形成的探测光幕测量装置示意图；

图3是本发明装置结构示意图；

图4是本发明装置前视光路示意图；

图5是本发明装置侧视光路示意图；

图6是两套本发明装置和测时仪组成的弹丸速度测试系统原理图；

附图标记说明：1－激光器、2－玻璃固定板、3－次反射镜、4－反射镜压圈、5－主反射镜、6－滤光片、7－光电探测器件、8－信号处理电路模块、9－光电探测模块屏蔽罩、10－圆形固定套筒、11－固定底板、12-弹丸、13-测时仪。

五、具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图4—图6：一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，由激光器1、玻璃固定板2、次反射镜3、反射镜压圈4、主反射镜5、滤光片6、光电探测器件7、信号处理电路模块8、光电探测模块屏蔽罩9、圆形固定套筒10、固定底板11组成。

顶部开口的圆形固定套筒10设置于固定底板11上，圆形固定套筒10的顶部开口处设置有玻璃固定板2，玻璃固定板2为厚度10mm的圆形。

玻璃固定板2的上表面中心设置有激光器1，所述的激光器1为半导体扇形一字线激光器，其发光形状为扇形，扇形角度为30～160°，激光器1发出的光线的波长为650nm，激光器1下表面设置有次反射镜4，所述的圆形固定套筒10内腔设置有主反射镜5，主反射镜5的中心设置有直径为80mm的圆孔，从次反射镜3反射的光线可以穿过该圆孔投射到光电探测器件7上。

所述的玻璃固定板2与主反射镜5之间通过反射镜压圈4固定，主反射镜5下方圆形固定套筒10内腔底部设置有光电探测模块屏蔽罩9，光电探测模块屏蔽罩9内设置有信号处理电路模块8和光电探测器件7，所述的光电探测器件7设置于信号处理电路模块8上端通过信号线连接，光电探测模块屏蔽罩9的顶部设置有滤光片6，所述的滤光片6为窄带滤光片，其通过中心波长为650nm，与激光器1发光波长相匹配，即滤光片6只允许与650nm相近波长的光线通过，其余外界杂散光线均被滤光片6滤除。

所述的玻璃固定板2、主反射镜5、次反射镜3以及滤光片6均为回转体，并且和激光器1的发光点同心安装。

光线经过激光器1发出被弹丸反射后，有部分反射光线穿越玻璃固定板2投射到主反射镜5上，被主反射镜反射后投射到次反射镜3上，再经过次反射镜3的反射后穿越滤光片6，之后到达光电探测器件7，被光电探测器件接收，并转换为电信号。

所述的光电探测模块屏蔽罩9和圆形固定套筒10与固定底板11通过螺钉连接。

一种室内外均可使用的主动式弹丸速度探测方法，其特征在于：所述的方法通过采用主动式的半导体扇形一字线激光器发出的光线形成弹丸探测光幕，再通过折反式光电探测系统接收弹丸反射的光线，进而实现探测弹丸到达空间预定位置的目的，两套同样的装置配合测时仪便可完成弹丸速度的测量；

具体的探测步骤为：

1)调整两套弹丸光幕探测装置在空间的位置和两套装置的距离，并用钢卷尺或激光测距仪测量两套弹丸光幕探测装置之间的距离S；

2)测试装置上电启动工作；

3)实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，弹体反射回一部分激光器发出的光线，反射回的光线穿过玻璃固定板2，并依次经过主反射镜5和次反射镜3的反射，然后再穿过滤光片6，最终被光电探测器件7接收，光电探测器件7将微弱的光信号转换为电信号；

4)光电探测器件7产生的微弱电信号通过信号传输电缆传输至信号处理电路模块8，信号处理电路模块8对光电探测器件7产生的微弱电信号进行放大、滤波、整形和输出，最终输出一个与弹丸穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号；该脉冲信号通过信号传输电缆传输给测时仪，用于启动测时仪开始计时；同样，当弹丸飞越第二台弹丸光幕探测装置时，第二台弹丸光幕探测装置对应的信号处理电路模块8同样输出一个与弹丸穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号，该脉冲信号同样经过信号传输电缆传输给测时仪，用于停止测时仪13计时，测时仪得到两个脉冲信号的时间间隔，即为弹丸12飞越两台探测光幕所对应的时间t；

5)测时仪进一步根据所测量得到的时间t和两台装置探测光幕之间的距离S计算出弹丸穿越两个探测光幕面之间的平均飞行速度V：

6)得到弹丸飞行速度V，测时仪显示和存储计算结果V。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：包括设置于固定底板(11)上的顶部开口的圆形固定套筒(10)，圆形固定套筒(10)的顶部开口处设置有玻璃固定板(2)，玻璃固定板(2)的上表面中心设置有激光器(1)，下表面设置有次反射镜(4)，所述的圆形固定套筒(10)内腔设置有主反射镜(5)，主反射镜(5)的中心设置有直径为80mm的圆孔，所述的玻璃固定板(2)与主反射镜(5)之间通过反射镜压圈(4)固定，主反射镜(5)下方圆形固定套筒(10)内腔底部设置有光电探测模块屏蔽罩(9)，光电探测模块屏蔽罩(9)内设置有信号处理电路模块(8)和光电探测器件(7)，所述的光电探测器件(7)设置于信号处理电路模块(8)上端通过信号线连接，光电探测模块屏蔽罩(9)的顶部滤光片(6)，所述的玻璃固定板(2)、主反射镜(5)、次反射镜(3)以及滤光片(6)均为回转体，并且和激光器(1)的发光点同心安装。

2.根据权利要求1所述的一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：所述的激光器(1)为半导体扇形一字线激光器，其发光形状为扇形，扇形角度为30～160°，激光器1发出的光线的波长为650nm。

3.根据权利要求1所述的一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：所述的玻璃固定板2为厚度10mm的圆形。

4.根据权利要求1所述的一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：所述的滤光片(6)为窄带滤光片，其通过中心波长为650nm，与激光器(1)发光波长相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种主动式弹丸速度探测用光幕装置，其特征在于：所述的光电探测模块屏蔽罩(9)和圆形固定套筒(10)与固定底板(11)通过螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的一种室内外均可使用的主动式弹丸速度探测方法，其特征在于：所述的方法通过采用主动式的半导体扇形一字线激光器发出的光线形成弹丸探测光幕，再通过折反式光电探测系统接收弹丸反射的光线，进而实现探测弹丸到达空间预定位置的目的，两套同样的装置配合测时仪便可完成弹丸速度的测量；

具体的探测步骤为：

1)调整两套弹丸光幕探测装置在空间的位置和两套装置的距离，并用钢卷尺或激光测距仪测量两套弹丸光幕探测装置之间的距离S；

2)测试装置上电启动工作；

3)实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，弹体反射回一部分激光器发出的光线，反射回的光线穿过玻璃固定板(2)，并依次经过主反射镜(5)和次反射镜(3)的反射，然后再穿过滤光片(6)，最终被光电探测器件(7)接收，光电探测器件(7)将微弱的光信号转换为电信号；

4)光电探测器件(7)产生的微弱电信号通过信号传输电缆传输至信号处理电路模块(8)，信号处理电路模块(8)对光电探测器件(7)产生的微弱电信号进行放大、滤波、整形和输出，最终输出一个与弹丸(12)穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号；该脉冲信号通过信号传输电缆传输给测时仪(13)，用于启动测时仪(13)开始计时；同样，当弹丸(12)飞越第二台弹丸光幕探测装置时，第二台弹丸光幕探测装置对应的信号处理电路模块(8)同样输出一个与弹丸穿越探测光幕时刻相对应的脉冲信号，该脉冲信号同样经过信号传输电缆传输给测时仪，用于停止测时仪(13)计时，测时仪得到两个脉冲信号的时间间隔，即为弹丸飞越两台探测光幕所对应的时间t；

5)测时仪进一步根据所测量得到的时间t和两台装置探测光幕之间的距离S计算出弹丸穿越两个探测光幕面之间的平均飞行速度V：

$V=\frac{S}{t};$

6)得到弹丸飞行速度V，测时仪显示和存储计算结果V。