CN108534699B - 一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法，该装置包括激光跟踪仪、包括激光跟踪仪、反射器；其特点是反射器即为跟踪仪合作装置；其包含跟踪仪靶球、跟踪仪靶球支撑与调节装置，以及控制部分；将跟踪仪合作装置分别固定于启动、停止靶的光幕之上，通过上层板的光幕观察孔观察激光光幕位置，调节高精度螺纹螺杆并移动光电探测模块，观察显示数码屏的显示数据，当显示数据最大时，停止调节高精度螺纹螺杆，此时跟踪仪靶球分别处于停止、启动靶的光幕中心位置，并分别记录激光跟踪仪三维坐标点，经计算可得到启动、停止靶光幕的靶距。在试验现场可对光幕靶距进行精确测量，具有空间定位准确度高、使用拆卸方便的优点。

Description

一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，具体涉及一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法。

技术背景

激光光幕测速系统是一种基于光电检测原理设计而成的区截测量仪器，因其具有测速精度高、非接触式、不受天气影响等优特点在弹丸与破片速度测试中具有显著优势。靶距测量的精确度是影响其测速精度的最重要因素。激光光幕测速系统的靶距测量目前常规方法主要采用钢卷尺(或钢板尺、激光测距仪等)进行人工测量，直接测量两台光幕靶机械结构上光缝之间的距离，或依靠人眼确定光幕位置进行靶距测量，用来近似代替两激光光幕面中心之间的距离，即实际的靶距，靶距测量精确度因人工确定光幕中心位置、测量器具精度等因素受到很大影响。

鉴于此，对于本领域技术人员而言，针对用于弹丸与破片速度的激光光幕测速系统，如何实现精确测量靶距，进而精确测量弹丸与破片速度，是目前激光光幕测速系统发展的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光光幕靶距精确测量技术存在问题和不足，提供一种与用于弹丸与破片速度的激光光幕测速系统配套使用，能够对激光光幕间靶距进行精确测量的装置及测量方法。

本发明所提供的技术方案为：

一种激光光幕靶距精确测量装置，包括激光跟踪仪、包括激光跟踪仪、反射器；其特点是：所述的反射器即为跟踪仪合作装置；其所述的跟踪仪合作装置包含跟踪仪靶球、跟踪仪靶球支撑与调节装置，以及包含光电探测模块、单片机采集显示模块的控制部分；其中：

所述的跟踪仪靶球支撑与调节装置：采用双层板结构，具有上层板1与下层板2，所述的上层板与下层板上设有锁紧装置7，通过锁紧装置7固定上层板与下层板的位置；所述的上层板与下层板上各设有调整块，两调整块上安装螺纹螺杆，并通过螺纹螺杆3实现精确调整上层板与下层板相对移动位置；

所述的上层板1上设有跟踪仪靶球底座螺纹孔4，光幕观察孔5，高精度光幕通过圆孔6，其三个孔处于一条直线上；所述的跟踪仪靶球8与跟踪仪靶球底座9通过螺栓与跟踪仪靶球底座螺纹孔4固定在上层板1上；所述的光幕观察孔5作用为辅助观察激光光幕位置；

所述的上层板1上中部及跟踪仪靶球底座螺纹孔4旁还设有高精度光幕通过圆孔6，光电探测模块通过螺钉被安装在所述的高精度光幕通过圆孔6位置的上层板1上；

高精度光幕通过圆孔6的作用是为使光幕通过并配合光电探测模块得到激光光幕横截面中心位置。

所述的光电探测模块、单片机采集显示模块的控制部分由电源供电；其特征是：

所述的光电探测模块：包含光电探测器、I/V转换电路及放大电路模块；所述的光电探测器将激光光幕的光信号转换成电流信号，I/V转换电路将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号，通过放大电路系统，将电压信号放大，并输入至单片机采集显示模块；

所述的单片机采集显示模块：在所述的放大电路的输入信号进入单片机采集显示模块，通过10位ADC电路模块进行A/D转换，转换成数字信号后输入至数显驱动电路处理，并实现对激光光幕横截面光强的数据在数码管上显示。

一种激光光幕靶距精确测量装置的测量方法，使用激光光幕测速系统、激光跟踪仪、以及激光跟踪仪合作装置；所述的激光光幕测速系统含有启动靶激光幕及停止靶激光光幕，所述的启动靶激光光幕及停止靶激光光幕依次装配在炮口前方沿弹丸及破片发射方向的路径上，两者间距离确定，并称为靶距；现场测量靶距将激光跟踪仪12放置于停止靶光幕15之后，其出射激光束12垂直于启动靶光幕16与停止靶光幕15；其中，启动靶光幕16与停止靶光幕15调整为相互平行；其特征是包括以下步骤：

(a)、先将激光跟踪仪合作装置14固定于停止靶光幕15的光幕之上，可以通过光幕观察孔5观察激光光幕位置；

(b)、通过调节激光跟踪仪合作装置14的高精度螺纹螺杆3，光电探测模块10随上层板1移动，观察单片机采集显示模块11中显示数码屏的激光光幕横截面光强的显示数据，当显示数据最大时，停止调节高精度螺纹螺杆3，并通过锁紧装置7固定；此时跟踪仪靶球8应正处于停止靶光幕15激光光幕中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₁,y₁,z₁)；

(c)、将激光跟踪仪合作装置14固定于启动靶光幕16的光幕之上，使用步骤(b)同样的方法，使跟踪仪靶球8处于启动靶光幕16的中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₂,y₂,z₂)；至此，得到启动靶光幕与停止靶光幕间的距离，其靶距l₁为：

本发明的突出特点和有益效果为：

通过使用本发明一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法，在试验现场可对激光光幕测速系统的靶距进行精确测量，使靶距测量误差控制在已知的范围内。且具有空间定位准确度高、使用拆卸方便的优点。

附图说明

图1、图2为本发明所基于的装置结构示意图；

图3为光电探测及单片机原理框图；

图4为本发明的现场测量靶距示意图；

图5为光强分布与光幕中心位置的关系图；

附图标记说明：

靶球支撑与调节装置上层板1；靶球支撑与调节装置下层板2；高精度螺纹螺杆3；靶球底座螺纹孔4；光幕观察孔5；高精度光幕通过圆孔6；锁紧装置7；靶球8；靶球底座9；光电探测模块10；单片机采集显示模块11。

激光跟踪仪12；跟踪仪激光束13；跟踪仪合作装置14；停止靶光幕15；启动靶光幕16；炮口17；

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进一步详细描述。

激光光幕测速系统含有启动靶激光幕及停止靶激光光幕，所述启动靶激光光幕及停止靶激光光幕依次装配在炮口前方沿弹丸及破片发射方向的路径上，两者间距离确定，称为激光光幕靶距。本发明就是为精确测量激光光幕靶距提供一套测量装置和方法。

所述激光跟踪仪包含跟踪头与反射器(所述的激光跟踪仪为现有仪器设备)；激光跟踪仪的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器(跟踪仪靶球)，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头上，当反射器的放置点作为目标，在目标移动时使用跟踪头调整光束方向和对准目标，同时反射器返回光束给跟踪头，跟踪头的检测系统接收光束，并用以测算目标的空间位置。

本发明一种激光光幕靶距精确测量装置，包括激光跟踪仪、反射器；所述的反射器是一种用来精确调整目标位置的跟踪仪合作装置。其中，所述的跟踪仪合作装置包括跟踪仪靶球、跟踪仪靶球支撑与调节装置、光电探测模块，单片机采集显示模块(所述的激光跟踪仪、跟踪仪靶球为现有仪器设备)。所述的跟踪仪靶球为球形结构，置于中心的光学元件负责将激光跟踪仪的出射激光反射回跟踪仪。

如图1、图2所示，所述的跟踪仪靶球支撑与调节装置，采用双层板结构，具有上层板1与下层板2，所述的上层板与下层板上设有锁紧装置7，通过锁紧装置7固定上层板与下层板的位置；所述的上层板与下层板上各设有调整块，两调整块上安装螺纹螺杆，并通过螺纹螺杆3实现精确调整上层板与下层板相对移动位置；

所述的上层板1上设有跟踪仪靶球底座螺纹孔4，光幕观察孔5，高精度光幕通过圆孔6，其三个孔处于一条直线上；所述的跟踪仪靶球8与跟踪仪靶球底座9通过螺栓与跟踪仪靶球底座螺纹孔4固定在上层板1上；所述的光幕观察孔5作用为辅助观察激光光幕位置；所述的高精度光幕通过圆孔6作用为使光幕通过并配合光电探测模块10得到激光光幕横截面中心位置，并将其加工为与激光光幕横截面直径一致的圆孔。

所述的上层板1上中部及跟踪仪靶球底座螺纹孔4旁还设有高精度光幕通过圆孔6，光电探测模块通过螺钉被安装在所述的高精度光幕通过圆孔6位置的上层板1上；所述的高精度光幕通过圆孔6的作用是为使光幕通过并配合光电探测模块得到激光光幕横截面中心位置。

如图3所示，为光电探测及单片机采集原理框图；所述的光电探测模块、单片机采集显示模块的控制部分由电源供电；所述的光电探测模块10：包含光电探测器、I/V转换电路及放大电路模块；所述的光电探测器将激光光幕的光信号转换成电流信号，I/V转换电路将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号，通过放大电路系统，将电压信号放大，并输入至单片机采集显示模块；其光电探测模块10的光敏面垂直激光光幕方向上的宽度应小于激光光幕宽度。

所述的在放大电路的电压信号进入单片机采集显示模块，，通过10位ADC电路模块进行A/D转换，转换成数字信号后输入至数显驱动电路处理，实现对激光光幕横截面光强的数据在数码管上显示。

所述的单片机采集显示模块11采用Atmega16做控制系统。Atmega16内部集成了一个10位逐次比较型的ADC电路，采样时钟设为187.5kHZ，采样速率为7.5kS/s。其数据通过镶嵌有强力磁铁的数码显示管实时动态显示，为了减少连线便于仪器面板的安装，采用移位寄存器和控制器的74HC595作为数码管的驱动芯片。

本发明提供一种激光光幕靶距精确测量装置应用

如图4所示，为本发明的现场测量靶距示意图，现场测量靶距有激光光幕测速系统、激光跟踪仪、以及激光跟踪仪合作装置。

激光光幕测速系统含有启动靶激光幕及停止靶激光光幕，所述的启动靶激光光幕及停止靶激光光幕依次装配在炮口前方沿弹丸及破片发射方向的路径上，两者间距离确定，并称为靶距。

现场测量靶距将激光跟踪仪12放置于停止靶光幕15之后，其出射激光束12垂直于启动靶光幕16与停止靶光幕15，其中启动靶光幕16与停止靶光幕15已在光学实验室调整为相互平行。首先将激光跟踪仪合作装置14固定于停止靶光幕15的光幕之上，可以通过光幕观察孔5观察激光光幕位置。

由于激光光幕横截面光强呈高斯分布，如图5所示，为光强分布与光幕中心位置的关系图；即横截面光强分布按高斯函数所描述的规律从中心向外平滑降落，所以通过调节高精度螺纹螺杆3，光电探测模块10随上层板1移动，观察单片机采集显示模块11中显示数码屏的激光光幕横截面光强的显示数据，当显示数据最大时，停止调节高精度螺纹螺杆3，并通过锁紧装置7固定。此时跟踪仪靶球8应正处于停止靶光幕15激光光幕中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₁,y₁,z₁)。再将激光跟踪仪合作装置14固定于启动靶光幕16的光幕之上，使用同样的方法，使跟踪仪靶球8处于启动靶光幕16的中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₂,y₂,z₂)。至此，得到启动靶光幕与停止靶光幕间的距离，其靶距l₁为：

上述实例讲述了本实施例的设计过程，本实施例与激光光幕测速装置配套使用，得到激光光幕靶精确靶距。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光光幕靶距精确测量装置，包括激光跟踪仪、反射器；其特征是：所述的反射器即为跟踪仪合作装置；其所述的跟踪仪合作装置包含跟踪仪靶球、跟踪仪靶球支撑与调节装置，以及包含光电探测模块、单片机采集显示模块的控制部分；其中：

所述的跟踪仪靶球支撑与调节装置：采用双层板结构，具有上层板(1)与下层板(2)，所述的上层板与下层板上设有锁紧装置(7)，通过锁紧装置固定上层板与下层板的位置；所述的上层板与下层板上各设有调整块，两调整块上安装螺纹螺杆，并通过螺纹螺杆(3)实现精确调整上层板与下层板相对移动位置；

所述的上层板(1)上设有跟踪仪靶球底座螺纹孔(4)，光幕观察孔(5)，高精度光幕通过圆孔(6)，其三个孔处于一条直线上；所述的跟踪仪靶球(8)与跟踪仪靶球底座(9)通过螺栓与跟踪仪靶球底座螺纹孔固定在上层板上；所述的光幕观察孔作用为辅助观察激光光幕位置；

所述的上层板(1)上中部及跟踪仪靶球底座螺纹孔(4)旁还设有高精度光幕通过圆孔(6)，光电探测模块通过螺钉被安装在所述的高精度光幕通过圆孔位置的上层板上；

所述的高精度光幕通过圆孔(6)的作用是为使光幕通过并配合光电探测模块得到激光光幕横截面中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种激光光幕靶距精确测量装置，所述的光电探测模块、单片机采集显示模块的控制部分由电源供电；其特征是：

所述的光电探测模块：包含光电探测器、I/V转换电路及放大电路模块；所述的光电探测器将激光光幕的光信号转换成电流信号，I/V转换电路将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号，通过放大电路系统，将电压信号放大，并输入至单片机采集显示模块；

所述的单片机采集显示模块：在所述的放大电路的输入信号进入单片机采集显示模块，通过10位ADC电路模块进行A/D转换，转换成数字信号后输入至数显驱动电路处理，并实现对激光光幕横截面光强的数据在数码管上显示。

3.一种激光光幕靶距精确测量装置的测量方法，使用激光光幕测速系统、激光跟踪仪及激光跟踪仪合作装置；所述的激光光幕测速系统含有启动靶激光幕及停止靶激光光幕，所述的启动靶激光光幕及停止靶激光光幕依次装配在炮口前方沿弹丸及破片发射方向的路径上，两者间距离确定，并称为靶距；现场测量靶距将激光跟踪仪(12)放置于停止靶光幕(15)之后，其出射激光束垂直于启动靶光幕(16)与停止靶光幕；其中，启动靶光幕与停止靶光幕调整为相互平行；其特征是包括以下步骤：

(a)、先将激光跟踪仪合作装置(14)固定于停止靶光幕(15)的光幕之上，通过光幕观察孔(5)观察激光光幕位置；

(b)、通过调节激光跟踪仪合作装置(14)的高精度螺纹螺杆(3)，光电探测模块(10)随上层板(1)移动，观察单片机采集显示模块(11)中显示数码屏的激光光幕横截面光强的显示数据，当显示数据最大时，停止调节高精度螺纹螺杆(3)，并通过锁紧装置(7)固定；此时跟踪仪靶球(8)应正处于停止靶光幕(15)激光光幕中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₁,y₁,z₁)；

(c)、再将跟踪仪合作装置(14)固定于启动靶光幕(16)的光幕之上，使用步骤(b)同样的方法，使跟踪仪靶球(8)处于启动靶光幕(16)的中心位置，记录激光跟踪仪三维坐标(x₂,y₂,z₂)；至此，得到启动靶光幕与停止靶光幕间的距离，其靶距l₁为：

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