CN110220421B - 一种同时测量破片速度、位置和数量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及破片速度和位置测试领域，具体为一种一种接触式的测量破片速度、位置、数量的方法。本发明由固定相距厘米级距离的两个覆铜板、采集处理电路、框架构成。每张覆铜板由顶层、中间层、底层组成，顶层由多个断线检测小块组成，中间层和底层由多条平行交替梳状铜膜线组成相互垂直的经纬检测线，每个检测小块的长宽方向内检测线不重复，弹片击穿某一块时，通过检测经纬线通断可知其在块内的具体位置。由弹片通过2个靶面位置和时间计算出弹片矢量速度和弹片数量。该方法比传统经纬靶节约了检测线的数量，可以布设到狭小空间测量弹片打击位置、速度、方向，靶面区域的最小弹片数量。

Description

一种同时测量破片速度、位置和数量的方法

技术领域

本发明属于速度和位置测试领域，具体为一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，该方法能够更准确测量爆炸破片位置和速度。

背景技术

弹药爆炸或弹药打击装甲、舰船、建筑物目标时，破片速度和位置是主要毁伤效应物之一，其为测试的关键参数。在破片速度测量领域已经有了一系列测试仪器与装置，较为常用的是区截装置与测试仪组成共同的测速系统，目前国内靶场普遍使用的区截装置是线圈靶、天幕靶、光幕靶、超声波激波法靶、双层电机短路靶、图像处理法等。专利号为CN200610102134.X的激波报靶系统利用弹丸超音速飞行时产生的激波进行检测；专利号为CN201010231582.6报靶系统利用弹丸击穿靶材产生的超声波进行检测，但其对靶材有一定要求，相应的信号处理算法较复杂，不易用嵌入式硬件实现，但舰船舱室、坦克装甲、房间内部超声波由于不规则反射面和空间狭小，超声波复杂反射叠加传播，使得该方法无法识别超声波，导致测试失败。专利CN201310077701.0在2层导电层间夹一层绝缘层，利用弹丸穿过双层电极导通进行检测，无法确定破片在靶面的位置，对非垂直通过靶面的破片速度测量误差较大。专利CN200710019000.6的光幕阵列靶对光幕精度要求较高，采用摄像头或线阵CDD的光幕靶对弹丸检测性能不佳；专利201510487949.3的自动报靶及测速装置及其定位测速方法采用线状连续红外光源，线状CCD测量位置，两个靶面测量速度，但CCD探测器易受到粉尘、烟雾的影响，也无法用于强光环境下。专利CN201310249220.3采用图像识别方法测量速度和着靶位置，但对靶面光洁度有要求，影像在爆炸烟雾、粉尘、强光影响测量不准确，甚至根本不能工作。在实弹打击坦克、舰船舱室、建筑物房间时，测量靶安装空间有限，同时其内部测点的弹片到来方向、弹片速度、弹片大小都是未知的，上述的多种装置和方法都无法安装。

发明内容

为了解决已有的弹片测速靶测量坦克装甲、舰船舱室、建筑物房间等狭窄空间时存在的问题，本发明提供了一种同时测量破片速度、位置和数量的方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，采用两张三层的覆铜板固定在相距厘米级的框架上，覆铜板的顶层划分成多个检测小块区域用于检测破片击中大致位置，每个检测小块区域内设置一条连续折弯等间距铜膜，铜膜一端通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地；中间层在覆铜板长度方向构成铜膜纬线，每条纬线横跨位于同一排的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖若干条纬线段，每个检测小块区域宽度内的纬线条数相同，每条纬线一端通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地；底层在覆铜板宽度方向构成铜膜经线，每条经线竖跨位于同一列的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖若干条经线段，每个检测小块区域长度内的经线条数相同，每条经线一端通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地；采用采集处理电路检测破片通过两个靶面的时间和破片飞行距离获得破片矢量速度。破片击中后铜膜断开，信号检测线上设置检测点，采集处理电路检测到铜膜断开后产生的由低变高的电平信号,顶层检测小块区域用于检测破片击中大致位置,中间层和底层在顶层每个块位置内组成经纬线用于检测精确位置。

上述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，覆铜板宽度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的纬线两端分别连接，覆铜板长度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的经线两端分别连接，这样连接后再连接上拉电阻，这种方法有效减少了信号检测线数量。

上述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，在需要与被测体共形的使用场合，使用刚性材料固定两张覆铜板的两个边，在两张覆铜板中间填充柔性发泡材料支撑两张覆铜板，使其保持相同的间距，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变；不需要与被测体共形的使用场合，通过刚性材料固定四个边，通过机械预紧力保持两张覆铜板保持相同的距离，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变。

上述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，覆铜板包括第一层基材和第二层基材，第一层基材的正面设置连续折弯等间距铜膜，第一层基材和第二层基材之间设置纬线铜膜，第二层基材背面设置经线铜膜。

上述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法， 连续折弯等间距铜膜还通过另一条信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，连续折弯等间距铜膜上接两条信号检测线的两个端部位于对角位置，连续折弯等间距铜膜接两条信号检测线后，只有两个信号检测线同时被打断才能被采集处理电路检测到高电平，若只有其中一条被打断不会检测到高电平，降低弹片击断信号检测线误判断是检测小块区域铜膜被击断的概率，同时连接信号检测线的端部处于对角位置，两个信号检测线距离远，两条信号检测线不容易同时被打断。

上述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，连续折弯等间距铜膜的折弯角度为90度。

本发明旨在解决诸如坦克装甲车辆、舰艇舱室、建筑物房间等狭窄空间内，弹药的破片作用到目标物的速度、位置、数量测量难题。本发明能够布置于狭小空间内测量弹片打击方向、速度和位置，弹片在靶面区域的最小弹片数量。

附图说明

图1为本发明测量破片速度、位置和数量方法的原理图。

图2为本发明测量破片的块位置原理图。

图3为本发明图2中一个检测小块的示意图。

图4为本发明测量破片的纬线位置布设示意图。

图5为本发明测量破片的块位置和纬线位置叠加原理图。

图6为本发明检测破片的覆铜板剖面图。

图7为本发明测量破片速度的原理图。

图中：1-覆铜板1，2-固定框架，3-覆铜板2,4-信号总线,5-采集处理电路，6-检测小块B₁₁，7-检测小块B₁₂，8-检测小块B_1a，9-检测小块B_ba，10-检测小块B_b2，11-检测小块B_b1,12-信号检测线，13-信号地，14-连续折弯等间距铜膜，15-块检测点B1c，16-上拉电阻R,17-电源VCC,18-纬线检测点L1c，19-纬线检测点L2c，20-纬线检测点L3c，21-纬线检测点L4c，22-纬线检测点L5c，23-纬线检测点L6c，24-第一层基材，25-纬线，26-第二层基材，27-经线，28-弹片，29-弹片飞行轨迹，30-破片过覆铜板1与靶板的垂线，31-破片飞行距离L₀，32-破片过覆铜板2垂线与破片和覆铜板2的交点直线距离d1。

具体实施方式

一种同时测量弹片速度和位置的方法，采用固定在一起相距厘米级的两个覆铜板、采集处理电路、固定框架和采集处理电路。在需要与被测体共形的使用场合，仅使用刚性材料固定两张覆铜板的两个边，在两张覆铜板中间填充柔性发泡材料支撑两张覆铜板，使其保持相同的间距，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变。不需要与被测体共形的使用场合，通过刚性材料固定四个边，通过机械预紧力保持两张覆铜板保持相同的距离，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变。

每张覆铜板由顶层、中间层、底层组成。覆铜板的顶层划分成多个检测小块区域用于检测破片击中大致位置，如图2所示，每个检测小块区域内由一条连续折弯等间距铜膜构成，如图3所示，并在对角处分别引出信号检测线降低弹片击断信号检测线误判断是检测小块区域铜膜被击断的概率，铜膜一抽头通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一抽头接地，该检测小块区域被破片击中后铜膜断开，采集处理电路检测到铜膜断开后产生的由低变高的电平信号，由于每个检测小块区域是独立的，采集处理电路检测到检测小块区域低变高的数量即为穿过弹片的最小数量。

中间层在覆铜板长度方向构成纬线，每条纬线是平行独立的，每条纬线横跨位于同一排的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖6条纬线段，每个检测小块区域宽度内的纬线条数相同，在覆铜板宽度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的纬线两端分别连接（如图4所示，不同检测小块区域内从上到下第一位置的纬线两端分别连接，第二位置的纬线两端分别连接，其他位置的纬线两端分别连接），其中一端接信号检测线后在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地，纬线被破片击中后铜膜断开，采集处理电路检测到铜膜断开后产生的由低变高的电平信号。

底层在覆铜板宽度方向构成经线，中间层的纬线和底层经线相互垂直，每条经线是平行独立的，每条经线竖跨位于同一列的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖6条经线段，每个检测小块区域长度内的经线条数相同，在覆铜板长度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的经线两端分别连接，其中一端接信号检测线后在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地，经线被破片击中后铜膜断开，采集处理电路检测到铜膜断开后产生的由低变高的电平信号。

中间层和底层在顶层每个检测小块区域内组成经纬线用于检测精确位置，弹片击穿某检测小块位置就确定了弹片在整个覆铜板的区域位置，击穿纬线就确定了所在检测小块区域宽度位置，击穿经线就确定了所在检测小块区域长度位置，经纬线的位置确定了破片在检测小块内的具体位置，结合检测小块在整个覆铜板上的位置信息就确定了弹片击中整个覆铜板的位置。

如图6所示，覆铜板包括第一层基材24和第二层基材26，第一层基材24的正面设置连续折弯等间距铜膜，第一层基材24和第二层基材26之间设置铜膜纬线25，第二层基材26背面设置铜膜经线27。

第一层基材24和第二层基材26的材料为聚四氟乙烯，覆铜板则为柔性覆铜板。

测量破片速度的原理如图7所示，两张覆铜板的间距d₀固定，弹片穿过每张覆铜板的位置已知，将弹片穿过第一张覆铜板的位置垂直投射到第二张覆铜板上，得到投射点与第二张覆铜板上弹片位置的距离d₁，通过勾股定理得到弹片在两张覆铜板间的飞行距离L₀，再利用三角公式求得弹片入射角度。采集处理电路检测到第一张覆铜板检测小块区域的上升沿信号开始启动计数器进行计数，计数器的时钟周期固定，当采集处理电路检测到第二张覆铜板检测小块的上升沿信号开始结束计数器计数，计数值乘以计数时钟的周期得到弹片飞过两张覆铜板的时间，通过两个靶面的时间和破片飞行距离获得破片标量速度。由破片入射角度和标量速度得到矢量速度。该测速靶能够布置于狭小空间内测量弹片打击方向、速度和位置，弹片在靶面区域的最小弹片数量。因为两张覆铜板的间距为厘米级，故同一弹片穿过两个覆铜板的位置是属于同一检测小块区域，该装置就能检测不同弹片的速度，也是现有装置所不具备的。

Claims (6)

1.一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于：采用两张三层的覆铜板固定在相距厘米级的框架上，覆铜板的顶层划分成多个检测小块区域用于检测破片击中大致位置，每个检测小块区域内设置一条连续折弯等间距铜膜，铜膜一端通过信号检测线在采集处理电路（5）端接上拉电阻，另一端接地；中间层在覆铜板长度方向构成铜膜纬线（25），每条纬线（25）横跨位于同一排的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖若干条纬线段，每个检测小块区域宽度内的纬线条数相同，每条纬线一端通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地；底层在覆铜板宽度方向构成铜膜经线，每条经线竖跨位于同一列的顶层检测小块区域，每个检测小块区域覆盖若干条经线段，每个检测小块区域长度内的经线条数相同，每条经线一端通过信号检测线在采集处理电路端接上拉电阻，另一端接地；采用采集处理电路检测通过两个靶面的时间和破片飞行距离获得破片矢量速度。

2.根据权利要求1所述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于：覆铜板宽度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的纬线两端分别连接，覆铜板长度方向上不同检测小块区域内相同位置对应的经线两端分别连接，这种方法有效减少了信号检测线数量。

3.根据权利要求1或2所述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于在需要与被测体共形的使用场合，使用刚性材料固定两张覆铜板的两个边，在两张覆铜板中间填充柔性发泡材料支撑两张覆铜板，使其保持相同的间距，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变；不需要与被测体共形的使用场合，通过刚性材料固定四个边，通过机械预紧力保持两张覆铜板保持相同的距离，在破片打击时保证两张覆铜板间距离不产生大的改变。

4.根据权利要求1或2所述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于覆铜板包括第一层基材（24）和第二层基材（26），第一层基材（24）的正面设置连续折弯等间距铜膜，第一层基材（24）和第二层基材（26）之间设置纬线铜膜（25），第二层基材（26）背面设置经线铜膜（27）。

5.根据权利要求1或2所述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于连续折弯等间距铜膜还通过另一条信号检测线在采集处理电路（5）端接上拉电阻，连续折弯等间距铜膜上接两条信号检测线的两个端部位于对角位置。

6.根据权利要求1或2所述的一种同时测量破片速度、位置和数量的方法，其特征在于连续折弯等间距铜膜的折弯角度为90度。

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