CN203534363U - 一种格栅网靶炮弹侵深测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种格栅网靶炮弹侵深测试装置和测试方法，包括格栅线、触发电路、触发电缆、高速像机、信号处理电路、通用PC机，格栅线设置在目标靶内，格栅线与信号处理电路连接，触发电缆设置在目标靶上，触发电缆的输出端与触发电路的输入端，触发电路的输出端分别与高速像机的数据触发输入端和信号处理电路中的输入端连接，信号处理电路中的输出端与通用PC机输入端连接。本实用新型利用格栅线的通断信号判别炮弹侵彻目标靶的深度，利用高速像机和信号处理电路两种方法实现超多通道格栅线通断信号的准确记录与快速分析，该技术具有测试成本低、精度高、可靠性高。

Description

一种格栅网靶炮弹侵深测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试技术，尤其涉及到一种格栅网靶炮弹侵深测试技术，属于工业测试技术领域。

背景技术

在钻地弹研究领域，钻地弹对目标的侵彻深度是重要的测试项目，根据测得的侵彻深度可完成钻地弹的性能评估和弹头结构改进等。在战斗机投射航弹攻击地堡等目标试验中，需准确测试航弹侵彻地堡的深度，为航弹的改进设计提供数据依据。对于这类侵深类测试任务，目前主要有两类测试技术，第一类是利用探地雷达对混凝土靶中的炮弹进行探测：用探地雷达对混凝土靶发射数百MHz的高频电磁波，炮弹在高频电磁波下反射成像，随着侵彻深度不同，探地雷达返回的图像会有差别，通过探地雷达返回的图像判别炮弹在目标中的位置。利用探地雷达成像测试侵深的方法存在如下问题：对于侵深图像的识别需要丰富的专业经验，不同分析人员可能得出不同的侵深测试结果，容易产生误判，对操作人员专业知识要求高。其次，探地雷达设备昂贵，且需要专业培训才可操作，测试应用成本也较高。第二种方法是在混凝土靶中预埋加速度传感器，利用加速度传感器测量的信号特征进行侵深的理论分析方法：混凝土浇注时，在混凝土靶内的不同深度处的钢筋上预埋多个加速度传感器，在炮弹侵彻混凝土靶时，炮弹侵彻的深度不同，加速度传感器所测得的冲击响应加速度信号的幅值不同，根据加速度信号的时域幅值以及不同深度加速度传感器测试信号的产生时间差来判别炮弹侵彻的深度。这种利用加速度传感器测量冲击加速度信号幅值来判别炮弹侵深的方法被试验证明是精度极差的方法，甚至很多场合无法使用，因为炮弹侵彻产生的冲击加速度波在混凝土靶内来回反射叠加，且冲击信号幅值测试误差较大，经常产生幅值超量程的问题或加速度传感器信号传输电缆断裂，无法成功测试到完整侵彻过程的冲击加速度的时间历程曲线，因此无法判别侵深。另外，为实现高分辨率侵深测试，所用的加速度传感器个数较多，且试验测试具有损毁性，多次测试无法重复使用填埋的加速度传感器，造成测试成本高，测试精度差，该技术用于测试侵深还处于理论研究阶段。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种测试成本低，可实现炮弹侵彻混凝土靶、地堡等靶深度的高精度测试的格栅网靶炮弹侵深测试技术。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型包括格栅导线、触发电路、触发电缆、高速像机、信号处理电路、通用PC机，所述格栅导线设置在目标靶内，所述格栅导线与所述信号处理电路连接，所述触发电缆设置在所述目标靶上，所述触发电缆的输出端与所述触发电路的输入端相连，所述触发电路的输出端分别与所述高速像机的采集触发输入端和所述信号处理电路中的输入端连接，信号处理电路中的输出端与所述通用PC机输入端连接。

进一步地，所述信号处理电路包括LED灯阵列、格栅通断信号采集电路、数据存储电路，所述触发电路的触发输出端与所述格栅通断信号采集电路的触发输入端相连，所述LED灯阵列和所述格栅通断信号采集电路上设置有RJ45端口，所述格栅导线通过所述RJ45端口分别与所述LED灯阵列的负极和所述格栅通断信号采集电路的数字I/O输入端连接，所述格栅通断信号采集电路的输出端与所述数据存储电路的输入端连接。

具体地，所述格栅导线包括平行的两组金属导线，每组所述金属导线由八条相互平行的金属导线组成，两组金属导线之间相互垂直。

进一步地，所述金属导线上设置有绝缘层，防止金属导线受潮或者失效。

具体地，所述格栅导线为一层或者多层，在混凝土或地堡等目标靶中，对其内部不同深度进行分层，在各层的钢筋上预先布置格栅导线，格栅导线的间距d由炮弹的直径Ф决定，要求任意两根格栅的间距d<Ф，确保炮弹在侵彻过程中有效剪断格栅导线；格栅导线的层数N由目标靶厚l和侵深测试分辨率r决定，N=l/r，每层格栅导线的数量由目标靶的长度和宽度方向决定，格栅导线的两端露在混凝土或地堡等目标靶的外端以方便接线。

将所有格栅的输入端与电源装置的地相连，然后对目标靶的各层上的格栅导线，以每八根格栅导线组成一组测试单元，此八根格栅导线的输出端通过八芯网线与信号处理电路中的一个RJ45网口相连，该RJ45网口又与信号处理电路上对应的八个LED灯的负极以及格栅通断信号采集电路的八个数字I/O输入端相连，并为每个LED灯编号，使每个LED灯对应一根格栅导线。信号处理电路中包含多个LED灯阵列和多个数字I/O处理电路组成，满足目标靶上所有格栅导线的分类连接。信号处理电路上的格栅通断信号采集电路由CPLD器件设计。格栅通断信号采集电路将采集的通断数字信号送铁电存储器FRAM存储，在试验完成后，再利用信号处理电路中的USB接口数据传输电路将铁电存储器FRAM中的大量数据上传到通用PC机中，由数据回读分析软件完成所有格栅通断信号的判别。同时CPLD处理电路还完成铁电存储器FRAM以及USB数据传输电路接口芯片的数据总线、地址总线、命令总线的时序逻辑控制。

在目标靶表面布置一根触发电缆，将该触发电缆接入触发电路，电缆未断裂时，触发电路输出为低电平，当电缆断裂时，触发电路输出高电平。将触发电路的输出分别与高速像机的外部数字采集触发端和信号处理电路中的格栅通断信号采集电路的触发输入端相连。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用多路格栅导线的通断信号判别炮弹侵彻目标靶的深度，测试成本低、精度高、可靠性高，实现高分辨率的侵深测试。

附图说明

图1是本实用新型技术的结构组成框图；

图2是本实用新型技术的信号处理电路组成框图；

图3是本实用新型技术的CPLD处理电路组成框图；

图4是本实用新型技术的一组格栅导线的LED灯与CPLD输入电路接口原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型包括格栅导线、触发电路、触发电缆、高速像机、信号处理电路、通用PC机，所述格栅导线设置在目标靶内，所述格栅导线与所述信号处理电路连接，所述触发电缆设置在所述目标靶上，所述触发电缆的输出端与所述触发电路的输入端，所述触发电路的输出端分别与所述高速像机的采集触发输入端和所述信号处理电路中的输入端连接，信号处理电路中的输出端与所述通用PC机输入端连接。

如图2所示，该技术的工作原理如下：电源装置的输出端与多路格栅导线的输入端相连；电源装置的5V电压输出端分别与信号处理电路的电源接口以及触发电路的电源接口相连，实现对信号处理电路和触发电路的供电；在测试房内利用高速像机对准信号处理电路中的LED灯阵列，多路格栅导线通过多根八芯网线与信号处理电路中的RJ45接口相连，RJ45接口再与信号处理电路上的LED灯负极以及信号处理电路中的格栅通断信号采集电路的输入相连；触发电缆与触发电路的输入相连，触发电缆布置在目标靶的表面，初始状态为导通态，使触发电路的初始输出为低电平状态，当炮弹侵彻目标靶时，触发电缆首先断裂，使触发电路输出为高电平信号。将该信号分别送入高速像机的外部数字触发接口和信号处理电路的触发接口中，使信号处理电路立即执行对多根格栅导线通断状态的数据采集、存储操作，使高速像机立即拍摄信号处理电路中的LED灯的亮灭状态。测试初始状态，保持所有LED灯处于高亮状态，信号处理电路中的格栅通断信号采集电路的输入均为低电平，当炮弹侵彻引起格栅断裂时，断裂的格栅导线对应的LED灯熄灭，信号处理电路中的格栅通断信号采集电路的输入变为高电平。试验结束后，为判断炮弹的侵彻深度，一种方法是回放高速像机拍摄的全程LED阵列灯的亮灭状态判别炮弹侵彻的深度，当炮弹侵彻到某层时，对应层的LED灯将局部熄灭，而未侵彻到的层，LED灯依然保持高亮，利用该信息以及格栅导线在目标靶中的位置可立即判别出炮弹的侵彻深度；第二种方法是，当现场没有高速像机设备时，直接利用通用PC机的USB口与信号处理电路中的USB数据传输接口相连，利用USB口将信号处理电路中的数据存储电路中的铁电存储器FRAM中的信号高速回读到安装在通用PC机中的数据回读分析软件中，回读分析软件利用虚拟的LED指示格栅的通断状态，从而可判断出炮弹的侵深。

如图2所示，所述信号处理电路包括LED灯阵列、格栅通断信号采集电路、数据存储电路，所述触发电路的触发输出端与所述格栅通断信号采集电路的触发输入端相连，所述LED灯阵列和所述格栅通断信号采集电路上设置有RJ45端口，所述格栅导线通过所述RJ45端口分别与所述LED灯阵列的负极和所述格栅通断信号采集电路的数字I/O输入端连接，所述格栅通断信号采集电路的输出端与所述数据存储电路的输入端连接,当触发信号接口收到从低电平到高电平的跳变信号时，格栅通断信号采集电路启动对RJ45网口送来格栅导线通断状态信号采集，格栅导线未断裂，则对应格栅通断信号通道的输入为低电平，当格栅导线被炮弹剪断时，格栅通断信号通道的输入为高电平，格栅通断信号采集电路以100kHz的采样频率对所有格栅通断状态信号进行采集，并将采集的结果送数据存储电路由铁电存储器FRAM保存全程信号，直到测试结束。LED灯阵列的亮暗反映时间为ns级，完全能响应对应连接的格栅导线的通断信号。

如图3所示，CPLD处理电路由时钟电路、JTAG下载电路、电源接口、触发信号接口、多路格栅状态输入接口、USB数据传输接口、铁电存储器FRAM接口组成。时钟电路与CPLD器件的时钟输入端相连；电源接口与CPLD的IO电压接口和内核电压接口相连；触发信号占用CPLD的一个通用IO通道；多路格栅状态输入接口占用CPLD的多个通用IO通道，定义为IO输入端口P1；JTAG下载电路与CPLD器件的下载接口相连，实现对CPLD器件的ISP编程；CPLD器件内的多个通用IO通道分别定义为交互端口P2、交互端口P3，其中交互端口P2与铁电存储器的数据总线、地址总线、命令总线相连；交互端口P3与USB数据传输接口的数据总线、地址总线、命令总线相连。利用交互端口P2、交互端口P3，并利用硬件描述语言描述各器件的时序逻辑，实现CPLD对铁电存储器、USB数据传输接口的时序逻辑控制，从而实现CPLD处理电路对多路格栅通断信号的采集、存储和向PC机传输。

如图4所示，该组测试单元由一个RJ45网口插座、D1～D8的八个LED灯、IO1～IO8的八个CPLD通用IO口、电源VCC和上拉电阻R1～R16组成。其中，RJ45网口中的每根输出口线与对应的LED灯的负极相连，LED灯通过上拉电阻与VCC相连，八个CPLD通用IO口通过上拉电阻与VCC相连。当目标靶中与该RJ45网口相连的格栅导线未断裂时，对应通道的LED灯和对应的CPLD的IO端口直接与地相连，则对应通道的LED灯亮，对应的CPLD的IO端口为低电平，当炮弹侵彻时剪断与该RJ45网口相连的格栅导线时，对应通道的LED灯的负极与地断开，则对应通道的LED灯熄灭，对应CPLD的IO端口由VCC和上拉电阻将输入电平锁定在高电平。通过记录RJ45网口各格栅导线所连通道的高低电平状态可记录下各格栅导线的通断状态。

在本实施例中，用于侵彻试验的混凝土靶的尺寸为：长800mm×宽600mm×高600mm，在其长度方向布置了四层格栅导线，格栅导线包括平行的两组金属导线，每组所述金属导线由八条相互平行的金属导线组成，两组金属导线之间相互垂直，金属导线上设置有绝缘层，任意两层隔栅线的距离设计为100mm，每层上的格栅布置为宽度方向4根、高度方向4根。考虑到侵彻炮弹的直径为Ф25mm，为增加测试精度，每两根格栅的间距设计为20mm，其中还使某根格栅导线通过每层中心，以确保与炮弹的侵彻轨迹线一致，每根格栅导线在混凝土浇注前预先固定在钢筋上。试验时利用高速像机对准信号处理电路上的LED灯阵列，每根格栅经过编号按每四根组成一组通过一根网线与信号处理电路上的一个RJ45口相连，共有8组LED灯。数字信号处理电路上的格栅通断信号采集电路的采样频率为100kHz，选择的CPLD器件为AlteraEPM7192S，采用5V供电，铁电存储器选择为RAMTRON公司生产的FM22L16型256K×16存储器，对于试验用的32路格栅导线，以100kHz采集，可存储的时间为1.28s，完全满足测试要求。USB数据传输接口电路选择FTDICHIP公司生产的FT245BM型USB传输芯片，该芯片的最高传输速率可达1Mbyte/s。炮弹的初速设计为800m/s。

试验前，利用高速像机对准信号处理电路中的LED灯阵列，调节高速像机参数，使高速像机可拍摄到信号处理电路上所有LED灯，并使成像清晰。测试过程：各测试单元恢复到等待采集的初始状态，所有LED灯处于高亮状态，所有格栅通断信号采集电路的I/O输入端处于低电平状态，发射炮弹侵彻目标靶，炮弹最先剪断触发电缆，触发电缆断裂后触发电路立即产生低电平到高电平的跳变沿，触发高速像机和格栅通断信号采集电路采集格栅导线的通断状态，利用轻气炮加载炮弹以800m/s左右的速度侵彻混凝土靶，与炮弹接触的格栅导线被炮弹剪断，则与该格栅导线对应相连的LED灯与电源地断开，LED灯熄灭，格栅通断信号采集电路的I/O输入端由低电平变为高电平，随着炮弹侵彻的深入，目标靶对应层上的格栅导线被剪断，格栅对应的LED灯熄灭，直到测试结束。高速像机记录下从测试开始到测试结束的信号处理电路中的LED阵列的亮灭状态，格栅通断信号采集电路将测试全程的格栅导线通断状态信号记录到铁电存储器FRAM中。

试验完成后，可采用两种途径判别炮弹侵深结果。一种方法是利用回放高速像机拍摄到的LED灯阵列亮灭状态图像，LED灯亮时，证明对应格栅导线未断裂，当炮弹穿到目标靶内的某层时，对应层内的格栅导线将局部大量断裂，则对应的LED灯局部大量熄灭，从LED灯熄灭的位置可判断出炮弹侵彻的深度。第二种方法是利用通用PC机的USB口将信号处理电路中的铁电存储器FRAM中的全程测试数据通过信号传输电路上传到通用PC机中的数据回读分析软件中，在数据回读软件中设计虚拟LED指示灯指示格栅导线的通断状态，当该虚拟LED指示灯对应的数据为高电平“1”时，虚拟LED指示灯熄灭，否则指示灯高亮，数据边回读边显示虚拟LED指示灯的状态，从虚拟LED指示灯的状态可有效判断出炮弹的侵深信息，由于USB回读数据速度快，对于1000根格栅导线组成的多通道测试信号，信号判断时间可在10s以内完成。第二种方法适用于试验现场无高速像机的场合。

Claims (5)

1.一种格栅网靶炮弹侵深测试装置，其特征在于：包括格栅导线、触发电路、触发电缆、高速像机、信号处理电路、通用PC机，所述格栅导线设置在目标靶内，所述格栅导线与所述信号处理电路连接，所述触发电缆设置在所述目标靶上，所述触发电缆的输出端与所述触发电路的输入端，所述触发电路的输出端分别与所述高速像机的数据触发输入端和所述信号处理电路中的输入端连接，信号处理电路中的输出端与所述通用PC机输入端连接。 

2.根据权利要求1所述的一种格栅网靶炮弹侵深测试装置，其特征在于：所述信号处理电路包括LED灯阵列、格栅通断信号采集电路、数据存储电路，所述触发电路的触发输出端与所述格栅通断信号采集电路的触发输入端相连，所述LED灯阵列和所述格栅通断信号采集电路上设置有RJ45端口，所述格栅导线通过所述RJ45端口分别与所述LED灯阵列的负极和所述格栅通断信号采集电路的数字I/O输入端连接，所述格栅通断信号采集电路的输出端与所述数据存储电路的输入端连接。 

3.根据权利要求1所述的一种格栅网靶炮弹侵深测试装置，其特征在于：所述格栅导线包括两组金属导线，每组所述金属导线由八条相互平行的金属导线组成，两组金属导线之间相互垂直。 

4.根据权利要求3所述的一种格栅网靶炮弹侵深测试装置，其特征在于：所述金属导线上设置有绝缘层。 

5.根据权利要求1或3所述的一种格栅网靶炮弹侵深测试装置，其特征在于：所述格栅导线为一层或者多层。 

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