CN2935073Y - 测速光幕靶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及弹丸的近炮口距离测试以及针对曳光弹测试的技术领域，光幕靶主要由光幕测试靶体、多通道测时仪和计算机构成。触发电路包括有比较器，光电耦合器，输出信号驱动电路，还包括有信号跟随器和相位延迟电路，光幕靶探测器的输出信号分两路采用动态跟踪技术及信号斜率判断技术接在比较器上。本实用新型在触发电路的设计中，实时比较光电接收器件的原始信号和相位延时信号，滤除炮口火光的干扰、冲击波的干扰、震动的干扰以及曳光弹曳光的干扰，提出一种全新的设计。适用于30mm口径以下弹丸测速，也能测试各类曳光弹以及特种弹。有效地提高了光幕靶测速的精度，扩大了应用范围。

Description

测速光幕靶

技术领域

本实用新型涉及弹丸的内弹道测试领域，特别涉及光幕靶近炮口距离测试以及光幕靶针对曳光弹测试的光幕靶触发电路。

背景技术

在武器装备的研制和生产中，弹丸速度和射频参数是需要经常测试的关键参数。在弹丸速度测量领域已经有一系列测试仪器和装备。较为常用的是区截装置与测时仪共同组成测速系统，目前国内靶场普遍使用的区截装置是线圈靶、天幕靶以及光幕靶，它们都是采用非接触式测试原理探测弹丸的过靶时刻。大口径弹丸的测速一般在室外进行，采用天幕靶测速。小口径弹丸的测速场地在室内或半室内，由于场地上空的天空被遮住，无法采用天幕靶，所以需要对天幕靶配置人工光源方可以完成测速，如中国专利CN1046975A中所提发明，但是它存在着布置难度大，靶距很难精确标定的问题。采用线圈靶测试的稳定度能够满足要求，但是相对光幕靶而言，测速精度不高，而且不能测试非金属材质的弹丸，加之材质的磁性对测速数据影响较大，已处于逐步淘汰状况。光幕靶与天幕靶相比，可以全天候、在室内外均可使用，目前国内靶场使用的TJ-1型激光靶、XGK-91型光幕靶、B470、B471光幕靶对于测试标准弹能够满足要求，但是在一些特殊的情况下，还存在一些问题。目前国内靶场使用的光幕靶触发电路采用的是弹底触发方式，即触发点为弹丸信号峰值一半时下降沿输出触发信号。但由于光幕靶是基于光电原理，因此对于光信号非常敏感。当测速光幕靶近距离炮口使用时，若测试较大口径的弹丸速度，由于炮口火光较强，致使弹丸信号的零点下降，因此弹底触发时，峰值的一半时刻点产生偏移。而测速光幕靶的起始靶和截止靶距离炮口距离不同，因此产生的偏移不同，致使弹底触发时测速产生误差。另一方面，曳光弹测速时，由于弹丸尾部存在曳光，而且曳光光强不稳定，起始靶和截止靶产生的弹丸信号下降沿并不一致，因此弹底触发时也存在测速误差。从国内企业及各大靶场调研情况来看，由于光幕靶触发方式的局限性，目前曳光弹及曳光脱壳弹速度的测试主要采用钢板靶，但由于钢板靶是一种接触式测试方式，其精度不高，而且重复性很差。目前的光幕靶对近炮口距离的测速及曳光弹的测速不能有效完成准确测试。

本实用新型项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，再尚未发现与本实用新型密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述技术或仪器存在的缺点，提供一种测速精度高、可靠性以及测试稳定性好，能滤除炮口火光的干扰、冲击波的干扰、震动的干扰，不受尾部曳光影响的测速光幕靶装置。同时本实用新型也扩大了光幕靶的使用范围，在室内外均能对各种型号弹丸的单发、连发进行测速。

下面对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实用新型的实现在于作为一种测速光幕靶，主要由光幕测试靶体、多通道测时仪和计算机构成，光幕测试靶体中安置有光幕靶触发电路，触发电路包括有比较器、光电耦合器、输出信号驱动电路，比较器接收光幕靶探测器传送的输出信号，比较器的输出依次接光电耦合器和驱动器，其特征在于：光幕靶触发电路还包括有跟随器和相位延迟电路，跟随器由N型三极管Q1、P型三极管Q2和辅助电路组成，相位延迟电路由电阻R3和电容C1构成；光幕靶探测器的输出信号分两路接在比较器上，一路是直接接在比较器的反相端，另一路依次连接到跟随器及相位延迟电路之后，由相位延迟电路的输出接在比较器的正相端。

本实用新型针对光幕靶在实际使用过程中因弹丸尾部的曳光干扰、炮口火光干扰等问题，从电路设计入手，触发电路采用动态跟踪技术，实时比较光电接收器件的原始信号和相位延时信号，当信号的斜率变化量最大并且为信号的波峰值时，输出触发信号。对光幕靶使用时产生信号斜率的差异，提取弹丸信号的特征点，滤除炮口火光的干扰、冲击波的干扰、震动的干扰以及曳光弹曳光的干扰，解决了一直困扰着科技人员的诸多干扰问题，满足了靶场测试中的客观需要。

本实用新型的实现还在于作为测速光幕靶，其触发电路，当光幕靶探测器的输出信号其信号宽度为100μs左右时，延迟电路中R3的阻值选择为10K，C1的容值选择为22nF。

本实用新型通过大量的实际测试，大量的图形和数据分析，找到弹丸信号合适的特征点，作为触发多通道测时仪的起始和截止时刻。从而实现了对触发信号的准确控制，不仅有效地提高了光幕靶测速系统的精度还扩大了测速光幕靶的应用范围，适用于30mm口径以下弹丸速度测试，同时也能够测试各类曳光弹以及特种弹如脱壳弹、硬芯弹等。

由于本实用新型在触发电路的设计中采用动态跟踪技术及信号斜率判断技术，实时比较光电接收器件的原始信号和相位延时信号，当信号的斜率变化量最大并且为信号的波峰值时，输出触发信号。以及选择信号峰值为触发信号，即触发信号对应于弹丸的中部，不受尾部曳光的影响。当近距离炮口使用时，动态跟踪技术可减去炮口火光信号，提高了光幕靶测速精度。解决了测速信号存在的误差，以及重复精度不高和可靠性不能保证的问题以及曳光弹对炮口测速产生的信号干扰问题，从而提供了一种测速精度高、可靠性以及测试稳定性好，能滤除炮口火光的干扰、冲击波的干扰、震动的干扰，不受尾部曳光影响的测速光幕靶装置。

因此也扩大了光幕靶的使用范围。在室内外均能对各种型号弹丸的单发、连发测速的光幕靶触发电路。

附图说明

图1为本实用新型触发电路原理图；

图2为本实用新型的跟随信号示意图；

图3为本实用新型触发电路标准弹时工作波形图；

图4为本实用新型触发电路测试有炮口火光时工作波形图；

图5为本实用新型触发电路测试曳光弹时工作波形图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，测速光幕靶，主要由光幕测试靶体、多通道测时仪和计算机构成，光幕测试靶体中安置有光幕靶触发电路，触发电路包括有比较器3、光电耦合器4、输出信号驱动电路5，比较器3接收光幕靶探测器传送的输出信号，比较器3的输出依次接光电耦合器4和驱动器5。光幕靶触发电路还包括有跟随器1和相位延迟电路2，跟随器1由N型三极管Q1、P型三极管Q2和辅助电路组成，相位延迟电路2由电阻R3和电容C1构成；光幕靶探测器的输出信号分两路接在比较器3上，一路是直接接在比较器3的反相端，另一路依次连接到跟随器1及相位延迟电路2之后，由相位延迟电路2的输出接在比较器3的正相端。

光幕靶探测器传送的输出信号是通过光电接收器件感应到过狭缝的遮光信号，参见图3，波形8为探测器给出标准弹的弹形波形，由于弹形的原因，弹头产生的波形斜率相对比较缓，而弹底产生的波形斜率就比较陡，参见图3波形8、图4波形10、图5的波形12，所以在现有技术都采用弹底触发的工作形式，具体到电路上是在比较器的一端设定一个固定电压，另一端接光幕靶探测器传送的信号，即光电接收器件感应到弹底信号。当弹底信号来时比较器3会有一个信号输出。弹底触发相对于弹尖触发具有一定的优越性，由于弹形波形斜率大，信号控制的精度显然比弹尖触发高，但对于曳光弹而言，尾部的曳光使弹底信号受到干扰，参见图5的波形12，信号难以捕捉，另外，即使是标准弹，也存在炮口火光的干扰，参见图4的波形10，实际测速过程中也存在有冲击波的干扰、震动的干扰以及由于蚊虫飞过光幕靶时产生的干扰，本实用新型分析光电接收器件感应到的信号特征，找到弹丸信号合适的特征点，作为触发测时仪的起始和截止时刻。解决了在靶场测试中一直存在的干扰和误动作问题。

实施例2：总体结构和电路构成同实施例1，测速光幕靶的触发电路，当光幕靶探测器的输出信号其信号宽度为100μs左右时，延迟电路2中R3的阻值选择为10K，C1的容值选择为22nF。

本实用新型的弹丸触发信号的特征点选择为峰值，即弹丸弹形信号的中部，参见图5的波形13，波形13即本实用新型的触发电路输出信号，这样不受尾部曳光的影响。当近距离炮口使用时，动态跟踪技术可减去炮口火光信号，参见图4的波形11，波形11即本实用新型的触发电路输出信号。这样的技术方案提高了光幕靶测速精度，扩大了光幕靶的使用范围，实现了对于近炮口距离存在火光干扰的弹丸测速及曳光弹的测速。

实施例3：参见图1，本实用新型的触发电路中涉及的主要元器件有：电压比较器3即U1，采用芯片LM311；光电耦合器4，以6N137为核心；跟随器1的N型三极管Q1选用Q2N2222，P型三极管Q2选用Q2N5401；驱动器5的P型MOSFET管Q3选用IRF9640，N型MOSFET管Q4选用IRF640。配置相应的电阻、电容构成完整的触发电路。

N型三极管Q1和P型三极管Q2组成了信号跟随器。光幕靶输出信号一路直接连接到比较器U1的反相端，另一路连接到Q1、Q2组成的跟随器。电阻R3及电容C1对跟随后的信号进行相位延时，再连接到比较器U1的同相端，比较器3根据同相端与反相端信号的比较输出信号。相位延时如果太大，则信号会产生畸变，致使比较器3输出的触发点不会处于信号峰值；相位延时如果太小，则比较器3同相端与反相端差别太小，致使比较器3不会翻转或者输出容易产生振荡。参见图2，波形7为比较器3反相端连接的原始信号，波形6为比较器3同相端连接的相位延时信号，因此，这两个波形在弹丸信号处有两个交点，即比较器3输出的触发点。由图2可以看出，当有炮口火光干扰时，致使原始信号零点下降，而跟随器1输出信号能够同步跟随，起到了动态跟踪的作用。参见图3，波形8为弹丸的实测波形，其信号宽度大约为100μs左右。因此，R3的阻值选择为10K，C1的容值选择为22nF，弹丸信号经过延时后，通过比较器3与原始信号比较，使比较器3的翻转点下降沿正好处于弹丸信号的峰值点，即图3中波形9触发信号的下降沿。

光幕靶原始信号经过跟随器及相位延时后，信号的相位发生了一定程度的改变，改变量的大小与原始信号的边沿斜率有关。若原始信号是非弹丸的慢速信号(如振动或蚊虫等信号)，则其边沿斜率很小，比较器3的同相及反相两个输入端，信号没有大的差别，比较器3不会翻转。若原始信号是弹丸信号，其斜率变化量最大点为上升沿及峰值点，经过比较器3后，在这两点产生翻转。

实施例4：总体结构和电路构成同实施例3。参见图1，为了提高工作稳定性，采用6N137进行信号的光电隔离，输出信号为了达到较强的驱动能力，采用IRF9640及IRF640进行信号驱动。触发信号的最终输出由电阻R7对输出电流进行了限流，防止由于电流过大，信号边沿产生的振荡。

实施例5：对产生炮口火光的弹丸进行测试，具体实施方式同实施例3。本实用新型光幕靶触发电路采用了动态跟随技术，即U1比较器的同相输入信号为跟随信号。若光幕靶近炮口距离使用时，由于炮口火光的影响，光幕靶输出信号会叠加火光信号。参见图4，波形10为光幕靶输出原始信号，波形11为经过触发电路后输出的方波信号，由图4可见，本实用新型触发电路由于采用了动态跟随技术，其触发输出信号不受炮口火光的影响。

实施例6：对曳光弹进行弹速测试，具体实施方式同实施例3。参见图5，波形12为光幕靶输出的曳光弹实测波形，波形13为触发输出信号，触发信号的第一个作为触发测时仪的起始或截止时刻。由图5可见，触发信号的上升沿及下降沿对应弹丸波形的上升点及峰值点。因此，采用本触发电路，可避免由于曳光弹尾部曳光的干扰，有效提高了光幕靶测速精度。

实施例7：具体实施方式同实施例3。分别使用普通光幕靶触发电路及新型光幕靶触发电路，其他测试设备相同，对12.7mm曳光弹进行了V₂₅速度测试比对，以线圈靶测试数据作为基准。测试数据如下：

表1：现有技术(普通触发电路)与线圈靶测速比对

序号	线圈靶(m/s)	光幕靶(m/s)(现有技术)	相对误差(m/s)
				1	840.0	813.0	+27.0
2	808.5	809.3	-0.8
				3	810.6	810.6	0
4	814.4	815.4	-1.0
				5	840.9	842.6	-1.7
6	816.0	842.1	-26.1
				7	824.9	847.5	-12.6
8	835.0	833.3	+1.7
				9	826.0	835.3	-9.3
10	825.0	822.4	+2.6
				平均值	824.1	827.2	-3.1

表2：本实用新型(测速光幕靶)与线圈靶测速比对

序号	线圈靶(m/s)	测速光幕靶(m/s)(本实用新型)	相对误差(m/s)
				1	852.7	852.9	-0.2
2	831.9	831.8	+0.1
				3	829.7	829.5	+0.2
4	811.1	810.0	+1.1
				5	822.3	822.0	+0.3
6	831.0	830.8	+0.2
				7	823.2	822.7	+0.5
8	819.5	819.4	+0.1
				9	815.5	814.9	+0.6
10	818.7	817.8	+0.9
				平均值	825.6	825.2	+0.4

由于曳光弹弹体发光，可能对光电仪器产生影响，但是线圈靶是基于电磁感应原理，不受光信号的干扰，因此采用线圈靶作为比对基准。分析表1测试数据，采用普通触发电路的光幕靶，对12.7mm曳光弹进行V₂₅速度测试，与线圈靶平均值相对误差为0.4％，而采用本实用新型光幕靶的触发电路，相同条件下，与线圈靶平均值相对误差为0.04％。因此，可以证明，本实用新型测试精度大大提高。另一方面，分析表1数据，采用现有技术的光幕靶测速，单发速度数据存在明显的数据跳动，而表2中单发速度数据基本稳定。因此，也可以证明，本实用新型测试稳定性明显提高。

Claims (2)

1.一种测速光幕靶，主要由光幕测试靶体、多通道测时仪和计算机构成，光幕测试靶体中安置有光幕靶触发电路，触发电路包括有比较器(3)、光电耦合器(4)、输出信号驱动电路(5)，比较器(3)接收光幕靶探测器传送的输出信号，比较器3的输出依次接光电耦合器(4)和驱动器(5)，其特征在于：光幕靶触发电路还包括有跟随器(1)和相位延迟电路(2)，跟随器(1)由N型三极管Q1、P型三极管Q2和辅助电路组成，相位延迟电路(2)由电阻R3和电容C1构成；光幕靶探测器的输出信号分两路接在比较器(3)上，一路是直接接在比较器(3)的反相端，另一路依次连接到跟随器(1)及相位延迟电路(2)之后，由相位延迟电路(2)的输出接在比较器(3)的正相端。

2.根据权利要求1所述的测速光幕靶，其特征在于：所说的触发电路，当光幕靶探测器的输出信号其信号宽度为100μs左右时，延迟电路(2)中R3的阻值选择为10K，C1的容值选择为22nF。