基于光幕靶的弹丸测速系统关键技术研究
发布时间：2021-11-16 11:58
弹丸速度对枪在研制、定型、生产质量控制、产品验收一系列过程中、以及在整个弹道学理论的研究中,都起着至关重要的的影响。传统光幕测速系统靶面内光能量均匀性差,采用的电路滤波技术设计复杂、开发周期长,其系统增加了元器件数量,发射装置与接收装置不在同一侧,致使系统体积变大。为了解决上述问题,本文对激光光幕测速系统中激光光幕测试模块（接收弹丸反射信号的物镜镜头部分、放大电路部分和信号处理部分）进行了设计和研究。本文通过改变传统激光靶的镜头结构,利用双高斯对称照相物镜替代了原本的准直扩束系统作为信号接收物镜的方法。本文对信号接收物镜进行了整体设计,以提高入瞳直径及相对孔径,实现了相对孔径1:2.8,探测距离达到2000-3000 mm。光幕靶面内有效探测区域面积与视场角成正比,为了保证有效探测区域面积至少1 m2的要求,信号接收物镜的视场角达到了24°测量范围。因考虑到弹丸的直径（取典型值7.62 mm）和信号幅度相关联,本文设计了接收放大器电路,它具有两级运算放大器,第一级固定增益为100倍,第二级固定增益为20倍,该放大器电路可满足系统使用要求。针对激光靶系统在测量弹丸速度过程中的噪声干扰等问...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线圈靶工作原理图
第1章绪论3频移的大小，经过处理可以获得运动状态下的弹丸速度。我国于1974年研制成功，现如今可以测量弹丸的速度，它的优点在于对目标无干扰，不受天气的影响（雨、雪天情况除外），测量距离远，且排除了人工布靶的误差，测量精度可以满足使用需求，但是其局限在于自身结构很大、研制成本很高且不能测量小口径弹丸[9]。图1.2多普勒雷达测速的基本原理（4）高速摄影法高速摄影法是捕捉人眼无法跟随的高速运动过程，相当于把一段很短的时间进行扩大，变成很长的一段时间间隔，这样可以在短的时间内看到更细微的过程。换言之，将时间放慢观测瞬间发生的流逝过程[10]。其主要利用所拍摄的图像去代表弹丸的运动过程，拍摄所用的频率代表了弹丸运动的时间，将二者进行结合，然后根据信息得出想要的弹丸速度值以及分析其误差的大校高速摄影主要方式有三种，即间歇式、光学补偿式和转镜式，由于受到了机构和材料的限制，拍摄速度最高达到了107幅/s。上世纪拍摄速度没有很大提高，伴随各领域不断的发展，高速摄影的速度现可以达到100亿帧/s[11]。但是摄影系统受到了空间分辨力的限制，使得这种系统测速精度达不到要求。并且这种系统在拍摄完图像后需要处理很大的数据量，从而使它的实时性不高。（5）天幕靶天幕靶[12]主要依靠的是光电探测器，其自身没有光源，而是利用自然光源、弹丸自身的光源或者是配置专门的光源。天幕靶的工作原理图如图1.3所示，自然光源、一组透镜、狭缝以及光敏元件组成天幕靶测速系统。弹丸穿过靶面时，探测器上的光能量发生改变，将改变的光信号利用光电探测器转化成电信号的变化，通过后续的处理电路形成具有足够幅值的脉冲信号。由于两个靶面产生两个脉冲，从而可以得到弹丸飞过靶面的时间，实现弹丸速度的?
第1章绪论4（a）（b）图1.3天幕靶的工作原理图(a)天幕靶侧视图；（b）天幕靶正视图（6）光幕靶光幕靶分为反射式光幕靶、透镜聚焦式光幕靶、阵列式光幕靶、和激光光幕靶，其中图1.4分别给出了阵列式光靶和激光光幕靶的原理图。从图（a）与图1.3对比可知，光幕靶[14-15]与天幕靶原理不同之处在于其自身配置有光源，光源与接收系统形成探测靶面。当弹丸通过靶面时，使一部分光源发射的光线未能照射到接收装置上，接收装置上的光能量发生改变，将改变的光信号利用光电探测器转化成电信号的变化，通过后续的处理电路形成具有足够幅值的脉冲信号。光幕靶的优势在于抗干扰能力显著提高，使用者在安装的过程降低了人工误差，测量精度相比其它测试方法较高，测量结果更为准确。图（b）的激光光幕靶与传统光幕靶不同，不再通过遮挡靶面内部分光线进行弹丸速度测量。激光靶利用激光照射弹丸表面产生发射光，经过信号接收物镜聚焦到探测器上，当弹丸通过靶面时，探测器上的能量发生改变，从而形成计时脉冲。当没有弹丸通过靶面时，激光器发生的激光不能由信号接收物镜所接收，整个光路类似于断开状态，激光靶测速系统停止工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种GPS高精度测速方法[J]. 谢松,伍蔡伦,张建伟. 无线电工程. 2017(07)
[2]一种跨阻放大器的设计[J]. 杨朋博,罗萍,李世文,王荣. 电子器件. 2016(05)
[3]四光幕阵列的平面方程模型与解算[J]. 蔡荣立,倪晋平,武志超,冯斌,尚羽超. 光电工程. 2016(09)
[4]利用Proteus实现51单片机的数字滤波设计[J]. 宣俊伟,王海峰,姜京元,孙中义,张利年. 青岛大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]双V型六光幕阵列测试精度分析[J]. 陈瑞,倪晋平,胡旭. 光电工程. 2016(01)
[6]基于FPGA的双光幕测速系统设计与实现[J]. 张少华,李锦明,苏树清. 传感器与微系统. 2015(02)
[7]多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道速度[J]. 程诚,宋盛义,关永超,何勇,高贵山,李业勋,仇旭. 强激光与粒子束. 2014(04)
[8]半约束期弹丸膛内运动姿态测试方法[J]. 郭泽成,陈明,张飞猛. 兵工自动化. 2013(03)
[9]主动光幕测速系统中光信号的模拟与探测实验研究[J]. 黄战华,郭子然,蔡怀宇,朱猛. 光学技术. 2013(02)
[10]常用光电器件的特性与选用技巧[J]. 杨聚庆,刘娇月. 精密制造与自动化. 2008(02)
硕士论文
[1]共轴光学系统公差分析及装调路径优选[D]. 周双.湖南大学 2017
[2]单光幕激光立靶关键技术研究[D]. 陈雄.西安工业大学 2016
[3]主动式双光幕精密测速系统设计[D]. 王壮.天津大学 2012
本文编号：3498842
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线圈靶工作原理图
第1章绪论3频移的大小，经过处理可以获得运动状态下的弹丸速度。我国于1974年研制成功，现如今可以测量弹丸的速度，它的优点在于对目标无干扰，不受天气的影响（雨、雪天情况除外），测量距离远，且排除了人工布靶的误差，测量精度可以满足使用需求，但是其局限在于自身结构很大、研制成本很高且不能测量小口径弹丸[9]。图1.2多普勒雷达测速的基本原理（4）高速摄影法高速摄影法是捕捉人眼无法跟随的高速运动过程，相当于把一段很短的时间进行扩大，变成很长的一段时间间隔，这样可以在短的时间内看到更细微的过程。换言之，将时间放慢观测瞬间发生的流逝过程[10]。其主要利用所拍摄的图像去代表弹丸的运动过程，拍摄所用的频率代表了弹丸运动的时间，将二者进行结合，然后根据信息得出想要的弹丸速度值以及分析其误差的大校高速摄影主要方式有三种，即间歇式、光学补偿式和转镜式，由于受到了机构和材料的限制，拍摄速度最高达到了107幅/s。上世纪拍摄速度没有很大提高，伴随各领域不断的发展，高速摄影的速度现可以达到100亿帧/s[11]。但是摄影系统受到了空间分辨力的限制，使得这种系统测速精度达不到要求。并且这种系统在拍摄完图像后需要处理很大的数据量，从而使它的实时性不高。（5）天幕靶天幕靶[12]主要依靠的是光电探测器，其自身没有光源，而是利用自然光源、弹丸自身的光源或者是配置专门的光源。天幕靶的工作原理图如图1.3所示，自然光源、一组透镜、狭缝以及光敏元件组成天幕靶测速系统。弹丸穿过靶面时，探测器上的光能量发生改变，将改变的光信号利用光电探测器转化成电信号的变化，通过后续的处理电路形成具有足够幅值的脉冲信号。由于两个靶面产生两个脉冲，从而可以得到弹丸飞过靶面的时间，实现弹丸速度的?
第1章绪论4（a）（b）图1.3天幕靶的工作原理图(a)天幕靶侧视图；（b）天幕靶正视图（6）光幕靶光幕靶分为反射式光幕靶、透镜聚焦式光幕靶、阵列式光幕靶、和激光光幕靶，其中图1.4分别给出了阵列式光靶和激光光幕靶的原理图。从图（a）与图1.3对比可知，光幕靶[14-15]与天幕靶原理不同之处在于其自身配置有光源，光源与接收系统形成探测靶面。当弹丸通过靶面时，使一部分光源发射的光线未能照射到接收装置上，接收装置上的光能量发生改变，将改变的光信号利用光电探测器转化成电信号的变化，通过后续的处理电路形成具有足够幅值的脉冲信号。光幕靶的优势在于抗干扰能力显著提高，使用者在安装的过程降低了人工误差，测量精度相比其它测试方法较高，测量结果更为准确。图（b）的激光光幕靶与传统光幕靶不同，不再通过遮挡靶面内部分光线进行弹丸速度测量。激光靶利用激光照射弹丸表面产生发射光，经过信号接收物镜聚焦到探测器上，当弹丸通过靶面时，探测器上的能量发生改变，从而形成计时脉冲。当没有弹丸通过靶面时，激光器发生的激光不能由信号接收物镜所接收，整个光路类似于断开状态，激光靶测速系统停止工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种GPS高精度测速方法[J]. 谢松,伍蔡伦,张建伟. 无线电工程. 2017(07)
[2]一种跨阻放大器的设计[J]. 杨朋博,罗萍,李世文,王荣. 电子器件. 2016(05)
[3]四光幕阵列的平面方程模型与解算[J]. 蔡荣立,倪晋平,武志超,冯斌,尚羽超. 光电工程. 2016(09)
[4]利用Proteus实现51单片机的数字滤波设计[J]. 宣俊伟,王海峰,姜京元,孙中义,张利年. 青岛大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]双V型六光幕阵列测试精度分析[J]. 陈瑞,倪晋平,胡旭. 光电工程. 2016(01)
[6]基于FPGA的双光幕测速系统设计与实现[J]. 张少华,李锦明,苏树清. 传感器与微系统. 2015(02)
[7]多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道速度[J]. 程诚,宋盛义,关永超,何勇,高贵山,李业勋,仇旭. 强激光与粒子束. 2014(04)
[8]半约束期弹丸膛内运动姿态测试方法[J]. 郭泽成,陈明,张飞猛. 兵工自动化. 2013(03)
[9]主动光幕测速系统中光信号的模拟与探测实验研究[J]. 黄战华,郭子然,蔡怀宇,朱猛. 光学技术. 2013(02)
[10]常用光电器件的特性与选用技巧[J]. 杨聚庆,刘娇月. 精密制造与自动化. 2008(02)
硕士论文
[1]共轴光学系统公差分析及装调路径优选[D]. 周双.湖南大学 2017
[2]单光幕激光立靶关键技术研究[D]. 陈雄.西安工业大学 2016
[3]主动式双光幕精密测速系统设计[D]. 王壮.天津大学 2012
本文编号：3498842
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