对射式激光测速系统设计与实现

　　0　引言

　　在武器系统的研究、定型、生产质量控制、产品检验及弹道学理论研究中,都需要测定弹丸的飞行速度。作为体现弹丸综合性能重要参量之一的炮口初速,是必须被测定的。通常,　炮口初速的测量,可以通过多种测速方法得到。如:多普勒雷达法(精度高、设备庞大、价格昂贵),照相测速法(精度较高、但工序繁杂,周期长),网靶(精度差且成本高);线圈靶(易受外界电磁干扰)等等[1]。

　　电磁线圈炮,作为极具发展前景和应用价值的新一代武器系统,对其发射机理的研究已日益引起人们的关注。因此,其炮口初速的测量势必成为重要的研究内容之一。然而,电磁炮的发射原理、工作环境及工作特点与传统火炮有着根本的不同,其发射时具有大电压、大电流、强电磁环境以及超高的弹丸初速等特点,这就造成传统测量方法及设备很难达到实验和测量精度要求。因此,设计一种能够满足研究需求的测速系统已经迫在眉睫。

　　基于这个目的,本文设计了一种以激光对射式数字光电传感器、抗电磁干扰单片机、光纤为核心的测速系统。该系统能够有效避免强电磁干扰,同时满足测量精度要求以及实验重复性测量需求。

　　1　系统的组成及工作原理

　　1·1　系统测量理论依据

　　对于高速运动的物体,如子弹、炮弹等的速度测量,常用的测量方法按原理可分为3类,即瞬时速度测量法、平均速度测量法和多普勒原理测量法。对于测量500~2000m/s运动目标的速度,精度要求达到0·02%,瞬时速度测量法和多普勒测速法基本不能满足要求[2]。因此,针对电磁线圈炮超高射速的特点,本文采用基于移动激光靶的平均速度测量法。平均速度测量法是通过测量高速飞行的物体飞过两激光光靶的时间△t和两光靶之间的距离S,再经过数据处理而获得其平均速度的方法。

　　1·2　组成及工作原理

　　系统主要由移动光靶、信号触发及主控系统3大部分组成。其工作原理如图1[3]所示。在进行测量时,首先,根据研究需要调节前靶(触发靶)和后靶(结束靶)在靶道导轨上的位置,位置确定以后,从靶道标尺上读出两光靶之间的距离S,然后将距离S通过拨码开关输入给主控系统,输入完毕后进入待测状态。当有弹丸发射经过前靶,前靶两端激光传感器探头之间的光束被瞬间遮断,光信号转换为电信号触发主控系统启动计时,当弹丸发射经过后靶,后靶两端激光传感器探头之间的光束被瞬间遮断,光信号转换为电信号触发主控系统停止计时,这样就得到了弹丸通过两光靶之间距离S所用的时间t,经单片机处理后获得弹丸速度v,并由液晶显示出来。复位以后,重复上述过程可进行新的测量。