一种内弹道测速器的设计与应用

　　0　引言

　　内弹道参数是多型导弹研制试验中重要的测量内容之一，是研究分析导弹水中弹道、出水姿态的重要分析依据。本文根据发射装置结构特点和导弹筒内发射方式，设计研制了一种内弹道测速器，该测速器采用独特的机械结构设计方法和光电器件解决了导弹发射筒内高速直线运动向电信号的转换问题，采用先进的数据处理方法使内弹道结果达到了很高的精度，高达 99.73%。

　　1　结构组成

　　测速器结构主要包括底座、支架、转轮、压线轮、刹车装置、钢丝绳、磁钢和霍尔开关、光电编码器。测速器结构示意图如图 1 所示，图中，1—底座，2—支架 A，3—转轮，4—霍尔开关，5—密封罩，6—光电编码器，7—支架 B，8—霍尔开关安装导轨，9—压线轮，10—磁钢，11—钢丝绳，12—刹车装置。底座有两个作用，一是测速器上其它机械结构的安装基座，二是测速器与发射装置的连接底座。

　　支架共分左右两个——支架 A 和支架 B，用来支撑转轮，支架 A 的另一个作用是安装霍尔开关传感器，支架 B 的另一个作用是固定光电编码器。转轮上缠绕足够长度和强度的钢丝绳，实现导弹筒内直线运动向圆周运动的转换，同时将运动信息同步传给霍尔开关和光电编码器.

　　压线轮用于压制转轮槽内的钢丝绳，防止转轮在高速转动过程中，钢丝绳从槽内跳出，造成测量失败。

　　刹车装置是测速器中的一个关键设计，它给转轮施加一个反向制动力矩，使测速器拉线始终具有一个恒定的拉紧力，减小测量环境对拉线的干扰影响，使测速器转轮与导弹保持同步运动。制动力大小主要由绕线轮质量和导弹运动的最大加速度确定。

　　设转轮质量为 m，半径为 r，角加速度为 β，把转轮当作薄圆盘处理，则转动惯量为 ：

　　钢丝绳缠绕于转轮上，与导弹尾部相连，将导弹的运动信息传递给测速器转轮，带动转轮转动。

　　磁钢和霍尔开关相互作用产生脉冲信号，其中磁钢粘贴于转轮侧壁，霍尔开关安装于支架 A 的导轨内，当转轮转动时，转轮上的磁钢依次经过霍尔开关，由于磁感应效应，霍尔开关产生一系列脉冲信号。

　　光电编码器作为一种数字式角度传感器，能将角位移量转换为与之对应的电脉冲进行输出[1]，将其安装于支架 B 上，与转轮转动轴连接，将转轮的转动信号实时转化为脉冲信号。在测量环境潮湿、有风沙的情况下，利用密封罩对光电编码器进行防护。光电编码器与霍尔开关相比，其优点在于信号数据量多，转轮每转动一周，在该测速器中，霍尔开关最多输出 4 个脉冲信号，而光电编码器输出几百，甚至上千脉冲信号 ;其缺点在于测量可靠性较低。所以两者在测量中互为补充，提高测量可靠性。