CN204495282U - 一种光敏面靶 - Google Patents
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Abstract
一种光敏面靶，包括外框、激光发射和接收阵列、信号采集与处理设备，其中所述激光发射和接收阵列至少为两组，并且两组激光发射和接收阵列之间交叉布置在所述外框上，每组所述激光发射和接收阵列的激光接收端与所述信号采集与处理设备连接。所述激光发射和接收阵列位于同一平面上。所述激光接收端是由若干个激光接收元件并排组成的光敏元件，每个激光接收元件能够在接收到激光束照射后产生光敏信号以高电平输出，在没有接收到激光束照射时输出低电平，每个激光接收元件的输出信号送入所述信号采集与处理设备。本实用新型具有以下有益效果：通过简单的结构框架即可实现对高速碰撞试验中飞行物体的着靶位置、飞行速度和飞行方向进行检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光敏面靶，用于高速碰撞试验过程中对飞行物体进行测量和分析，属于碰撞试验设备领域。
背景技术
现有技术中对碰撞试验进行测量和分析的系统并不多，例如：
现有技术一：专利申请号为201410441054.1公开的名称为《一种新型的滚石冲击碰撞试验系统》的实用新型申请，其本身采用了加载架、加载电机、丝杆升降机、测力传感器、弹簧加载套、导向套、弹簧导向杆、弹簧、试件加载头、试件夹具、气缸、试件碰撞板、支架和高速摄像机等设备，其数据采集主要依靠高速摄像机采集图像，而且由于滚石本身速度并不高，所以据实用新型人推断，该系统不能应用于高速飞行物体的碰撞试验的数据采集工作。
现有技术二：专利申请号为201410195084.9公开的名称为《轨道车辆实车对撞试验系统》的实用新型申请，采用安装有专用软件的中央控制台、发射器和摆放在同一钢轨上实车和模拟车等结构，模拟车面向实车的一端从外到内顺序安装匀力板和测力传感器阵列，该端部侧面悬臂安装撞击测速装置和高速摄影装置；在撞击试验过程中：模拟车静止，发射器在有效行程内对实车进行加速，实车经过一定距离的无动力自由滑行后与静止在轨道上的模拟车发生碰撞，实车自由滑行的距离至少为发射器有效行程的1.1倍；实车与模拟车发生碰撞时的试验撞击速度为设定撞击速度的1-2倍，最低的试验撞击速度不低于每小时25公里；给模拟车配置发射器后，能够实现在同一轨道上两运动物体的相向或追尾的撞击试验。在该试验系统进行试验的过程中，其采用高速摄影装置与测力传感器阵列进行数据采集，技术方案本身不能对飞行的物体进行数据采集，而且其技术方案也不涉及对飞行物体的位置数据进行测量，也不能识别出飞行物体穿越激光面靶的瞬时位置。
现有技术三：专利申请号为201410432159.0公开的名称为《一种具有声光复合定位自动报靶的射击训练装置》的实用新型申请，其主要采用有靶架本体(1)、靶标(2)、激光光源(3)、光敏感器(4)、声波传感器(5)和声光复合信号处理电路板(6)。靶标(2)置于靶架本体(1)的前面板上，声波传感器(5)安装在靶架本体(1)的四周，激光光源(3)安装在靶架本体(1)的上面板或者下面板，光敏感器(4)安装在激光光源(3)的扫描范围里。该实用新型采用了声波与激光光幕相结合的自动报靶方式，声波覆盖全部靶标的定位，激光光幕覆盖使用率最高的光-声重叠区域定位，取长补短，能保证在靶标损耗的情况下不漏报，报靶精度高。但该技术方案并不涉及对面靶的改进和设计，所以仍有进一步改进的空间。
现有技术四：专利号为201020613673.1公开的名称为《一种监测桥梁结构相对位移的激光装置》的实用新型专利，由多个相邻的箱体组成,每个箱体由一基座固定于监测点底部,箱体外部是封装罩,在箱体内部基座下方固定一个双向铰链,双向铰链连接一根连杆,连杆下方连接一夹具,夹具夹住一个激光发射器,激光发射器对准封装罩前面板的通孔,前面板的通孔对准相邻箱体封装罩背板上的激光标靶,标靶上有光敏传感器接收激光发射器信号。本实用新型的优点是结构简单,传感误差易控制；被测量的两点之间不需要任何连接,布设方便；能够直接测量结构上满足通视条件的任意两点之间的相对位移；监测数据的实时与同步性。但与现有技术三一样，该激光装置的技术方案并不涉及对面靶的改进和设计。
实用新型内容
为了能够识别出高速碰撞试验中飞行物体的穿越面靶时的穿越位置，本实用新型提供了一种光敏面靶。
为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现：
一种光敏面靶，包括外框、激光发射和接收阵列、信号采集与处理设备，其中所述激光发射和接收阵列至少为两组，并且两组激光发射和接收阵列之间交叉布置在所述外框上，每组所述激光发射和接收阵列的激光接收端与所述信号采集与处理设备连接。
所述激光发射和接收阵列位于同一平面上。
所述激光接收端是由若干个激光接收元件并排组成的光敏元件，每个激光接收元件能够在接收到激光束照射后产生光敏信号以高电平输出，在没有接收到激光束照射时输出低电平，每个激光接收元件的输出信号送入所述信号采集与处理设备。
所述激光接收端的光敏器件可以采用光敏电阻，例如光敏传感器PT550A5C。
进一步的，所述外框采用矩形设计，矩形结构是外框的最优方案。
进一步优选的，两组所述激光发射和接收阵列安装在外框的两组对边上。
更进一步优选的，两组所述激光发射和接收阵列垂直交叉布置。
进一步的，所述外框采用六边形设计，优选为正六边形，三组所述激光发射和接收阵列安装在六边形结构的三组对边上。
外框采用正六边形时，三组所述激光发射和接收阵列呈60°夹角交叉布置。
所述信号采集与处理装置对接收到的信号进行放大、调制和处理之后以数字形式输出。
所述信号采集与处理装置包括：光敏器件、放大调理板、主控单片机、无线信号发射板等，其中每个所述光敏器件输出电流至放大调理板，经过放大调理板的放大和调理后的电流信号输送至主控单片机，再由所述主控单片机处理后发送给无限信号发射板。
每组所述激光发射和接收阵列由激光发射端和激光接收端组成，所述激光发射端的激光发射元件与所述激光接收端的激光接收元件一一对应，并且所述激光发射元件、所述激光接收元件间隔均匀分布。
在高速碰撞试验中，采用激光面靶作为高速碰撞试验中飞行物体的靶目标，当飞行物体穿越激光面靶的光学靶面时，横纵交织的激光光束部分阻断，被阻断的激光束对应的激光接收元件输出低电平，未阻断的激光束对应的激光接收元件输出高电平，从而使信号采集与处理设备接收到的信号发生变化，计算机接收到信号采集与处理设备的输出信号后，进而识别出飞行物体穿越激光面靶的瞬时相对位置。
本实用新型具有以下有益效果：通过简单的结构框架即可实现对高速碰撞试验中飞行物体的着靶位置、飞行速度和飞行方向进行检测。
一种利用所述光敏面靶测量物体着靶位置的方法，采用至少一个所述光敏面靶，所述光敏面靶的激光接收端均连接到所述信号采集与处理设备，并且所述信号采集与处理设备上集成有计时器，当有飞行物体穿过所述光敏面靶时，记录穿越时间t1，同时记录飞行物体穿越所述光敏面靶的瞬时相对位置数据x1、y1，测定所述光敏面靶的中心位置x、y，通过这些数据计算得到飞行物体的着靶位置。
一种利用所述光敏面靶测量物体飞行方向和速度的方法，采用至少两个所述光敏面靶，两个所述光敏面靶间隔设置在同一直线上并且两个所述光敏面靶的表面平行，两个所述光敏面靶的激光接收端均连接到所述信号采集与处理设备，并且所述信号采集与处理设备上集成有计时器，当有飞行物体先后穿过两个所述光敏面靶时，分别记录时间t1和t2，同时记录飞行物体穿越两个光敏面靶的瞬时相对位置数据x1、y1、x2、y2，测定两个所述光敏面靶之间的距离L，通过这些数据计算得到飞行物体的飞行速度和飞行方向。
由于飞行物体一般会远大于光敏面靶上相邻两个激光发射和接收单元之间的距离，在进行判断x1、y1、x2、y2时，根据飞行物体的首次触发值进行计算。
上述测量方法，可以实现对飞行物体的着靶位置、飞行速度和飞行方向进行测定，框架结构简单，易于实现，并且可以保证测量的精度。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型的结构图。
图2是信号采集与处理装置的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中所述一种光敏面靶，包括外框1、激光发射和接收阵列、信号采集与处理设备4，其中所述激光发射和接收阵列至少为两组，并且两组激光发射和接收阵列之间交叉布置在所述外框上，每组所述激光发射和接收阵列的激光接收端3与所述信号采集与处理设备4连接。
所述激光发射和接收阵列位于同一平面上。
所述激光接收端3是由若干个激光接收元件并排组成的光敏元件，每个激光接收元件能够在接收到激光束照射后产生光敏信号以高电平输出，在没有接收到激光束照射时输出低电平，每个激光接收元件的输出信号送入所述信号采集与处理设备。
进一步的，所述外框采用矩形设计，矩形结构是外框的最优方案。
进一步优选的，两组所述激光发射和接收阵列安装在外框的两组对边上。
更进一步优选的，两组所述激光发射和接收阵列垂直交叉布置。
进一步的，所述外框采用六边形设计，优选为正六边形，三组所述激光发射和接收阵列安装在六边形结构的三组对边上。
外框采用正六边形时，三组所述激光发射和接收阵列呈60°夹角交叉布置。
如图2所示，所述信号采集与处理装置对接收到的信号进行放大、调制和处理之后以数字形式输出。
所述信号采集与处理装置包括：光敏器件、放大调理板、主控单片机、无线信号发射板等，其中每个所述光敏器件输出电流至放大调理板，经过放大调理板的放大和调理后的电流信号输送至主控单片机，再由所述主控单片机处理后发送给无限信号发射板。
每组所述激光发射和接收阵列由激光发射端2和激光接收端3组成，所述激光发射端2的激光发射元件与所述激光接收端3的激光接收元件一一对应，并且所述激光发射元件、所述激光接收元件间隔均匀分布。
在高速碰撞试验中，采用激光面靶作为高速碰撞试验中飞行物体的靶目标，当飞行物体穿越激光面靶的光学靶面时，横纵交织的激光光束部分阻断，被阻断的激光束对应的激光接收元件输出低电平，未阻断的激光束对应的激光接收元件输出高电平，从而使信号采集与处理设备接收到的信号发生变化，计算机接收到信号采集与处理设备的输出信号后，进而识别出飞行物体穿越激光面靶的瞬时相对位置。
本实用新型具有以下有益效果：通过简单的结构框架即可实现对高速碰撞试验中飞行物体的着靶位置、飞行速度和飞行方向进行检测。
一种利用所述光敏面靶测量物体着靶位置的方法，采用至少一个所述光敏面靶，所述光敏面靶的激光接收端均连接到所述信号采集与处理设备，并且所述信号采集与处理设备上集成有计时器，当有飞行物体穿过所述光敏面靶时，记录穿越时间t1，同时记录飞行物体穿越所述光敏面靶的瞬时相对位置数据x1、y1，测定所述光敏面靶的中心位置x、y，通过这些数据计算得到飞行物体的着靶位置。
一种利用所述光敏面靶测量物体飞行方向和速度的方法，采用至少两个所述光敏面靶，两个所述光敏面靶间隔设置在同一直线上并且两个所述光敏面靶的表面平行，两个所述光敏面靶的激光接收端均连接到所述信号采集与处理设备，并且所述信号采集与处理设备上集成有计时器，当有飞行物体先后穿过两个所述光敏面靶时，分别记录时间t1和t2，同时记录飞行物体穿越两个光敏面靶的瞬时相对位置数据x1、y1、x2、y2，测定两个所述光敏面靶之间的距离L，通过这些数据计算得到飞行物体的飞行速度和飞行方向。
由于飞行物体一般会远大于光敏面靶上相邻两个激光发射和接收单元之间的距离，在进行判断x1、y1、x2、y2时，根据飞行物体的首次触发值进行计算。
根据公式V＝{L2+(x2-x1)2+(y2-y1)2}1/2/(t2-t1)，可以计算出飞行物体的速度；
根据(x2-x1)、(y2-y1)和L可计算出飞行物体的飞行方向，由于飞行方向需要根据实际坐标体系进行调整，所以本领域技术人员可自行设计。
上述测量方法，可以实现对飞行物体的着靶位置、飞行速度和飞行方向进行测定，框架结构简单，易于实现，并且可以保证测量的精度。
最后应说明的是：以上所述仅为实用新型的优选实施例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光敏面靶，包括外框、激光发射和接收阵列、信号采集与处理设备，其特征在于，其中所述激光发射和接收阵列至少为两组，并且两组激光发射和接收阵列之间交叉布置在所述外框上，每组所述激光发射和接收阵列的激光接收端与所述信号采集与处理设备连接。
2.如权利要求1所述的一种光敏面靶，其特征在于，所述激光发射和接收阵列位于同一平面上。
3.如权利要求1或2所述的一种光敏面靶，其特征在于，所述激光接收端是由若干个激光接收元件并排组成的光敏元件，每个激光接收元件能够在接收到激光束照射后产生光敏信号以高电平输出，在没有接收到激光束照射时输出低电平，每个激光接收元件的输出信号送入所述信号采集与处理设备。
4.如权利要求1所述的一种光敏面靶，其特征在于，所述外框采用矩形设计。
5.如权利要求4所述的一种光敏面靶，其特征在于，两组所述激光发射和接收阵列安装在外框的两组对边上。
6.如权利要求5所述的一种光敏面靶，其特征在于，两组所述激光发射和接收阵列垂直交叉布置。
7.如权利要求1所述的一种光敏面靶，其特征在于，所述外框采用正六边形设计，三组所述激光发射和接收阵列安装在正六边形结构的三组对边上。
8.如权利要求7所述的一种光敏面靶，其特征在于，三组所述激光发射和接收阵列呈60°夹角交叉布置。
9.如权利要求1、2、4、5、6、7或8所述的一种光敏面靶，其特征在于，每组所述激光发射和接收阵列由激光发射端和激光接收端组成，所述激光发射端的激光发射元件与所述激光接收端的激光接收元件一一对应，并且所述激光发射元件、所述激光接收元件间隔均匀分布。
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