一種x光光幕初速測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X光光幕初速測量裝置，包括前X光光幕、后X光光幕、探針、前X光處理電路、后X光處理電路、前X光光幕速度處理模塊、后X光光幕速度處理模塊和平均速度計(jì)算模塊，探針設(shè)置在槍炮管身上，前X光光幕和后X光光幕平行設(shè)置于彈丸火線上，前X光光幕與前X光處理電路連接，前X光光幕速度處理模塊分別與前X光處理電路和平均速度計(jì)算模塊連接，后X光光幕與后X光處理電路連接，后X光光幕速度處理模塊分別與后X光處理電路和平均速度計(jì)算模塊連接。本發(fā)明在槍炮口發(fā)射的后效區(qū)內(nèi)準(zhǔn)確捕捉彈丸的有效過靶信號,并且通過測量得到的有效過靶信號計(jì)算出彈丸飛過前后兩個光幕靶的瞬時速度以及彈丸穿過兩個光幕靶中心的平均速度。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于測試計(jì)量領(lǐng)域，具體設(shè)及一種X光光幕初速測量裝置。 -種X光光幕初速測量裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 炮口初速是表征常規(guī)兵器、彈藥及彈道特性的重要指標(biāo)參數(shù)之一。在射擊武器和 彈藥產(chǎn)品的科研、生產(chǎn)及產(chǎn)品試驗(yàn)過程中，初速參數(shù)的檢測都是必不可少的。目前使用較多 的測速方法有兩類:第一類是接觸式，接觸式區(qū)截祀雖然工作可靠，易于實(shí)現(xiàn)，但效率低和 影響彈丸飛行是很不利的缺點(diǎn)，不能用于高精度、高要求的測量，因此接觸式區(qū)截祀逐步被 非接觸式區(qū)截祀所代替。第二類是非接觸式，但是由于發(fā)射過程中炮口會產(chǎn)生大量的炮口 煙和強(qiáng)光福射，電磁炮發(fā)射時炮口還會產(chǎn)生大量的等離子體，運(yùn)使得一般的線圈祀、光電祀 無法正常工作于槍炮口，只能放置于彈丸運(yùn)行的后效區(qū)外。
[0003] 彈丸飛出炮口后，經(jīng)過后效區(qū)作用測得的炮口初速Vo并非彈丸脫離炮口瞬間的實(shí) 際飛行速度，而是在假設(shè)彈丸脫離炮口后僅受空氣阻力和重力作用條件下，由后效區(qū)外彈 道段上實(shí)際飛行速度外推至炮口的速度，由于彈丸在離開炮口后燃?xì)饬髟诤笮^(qū)對彈丸仍 有一定加速作用，所W外推出的初速并不準(zhǔn)確。因此，如何在強(qiáng)烈炮口煙焰干擾下準(zhǔn)確測定 彈丸速度，特別是正確提供炮口動能具有重要意義。楊波在《X射線中間彈道儀》(核電子與 探測技術(shù)）中公開了一種利用X射線來測量炮口彈丸速度的測試系統(tǒng)，利用區(qū)截技術(shù)記錄兩 路X射線光幕祀時間差，從而計(jì)算出彈丸飛行的平均速度，但此方法X光機(jī)需要手動開啟關(guān) 閉，會使設(shè)備長時間打開，影響設(shè)備壽命，信號的后續(xù)處理電路不能很好的濾除干擾信號， 只能測出彈丸運(yùn)行的平均速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種X光光幕初速測量裝置，應(yīng)用于槍炮口強(qiáng)烈火焰及等 離子體等復(fù)雜環(huán)境下，在槍炮口發(fā)射的后效區(qū)內(nèi)準(zhǔn)確捕捉彈丸的有效過祀信號，并且通過 測量得到的有效過祀信號計(jì)算出彈丸飛過前后兩個光幕祀的瞬時速度W及彈丸穿過兩個 光幕祀中屯、的平均速度。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種X光光幕初速測量裝置，包括前X光光幕、 后X光光幕、探針、前X光處理電路、后X光處理電路、前X光光幕速度處理模塊、后X光光幕速 度處理模塊和平均速度計(jì)算模塊，探針設(shè)置在槍炮管身上，前X光光幕和后X光光幕平行設(shè) 置于彈丸火線上，前X光光幕與前X光處理電路連接，前X光光幕速度處理模塊分別與前X光 處理電路和平均速度計(jì)算模塊連接，后X光光幕與后X光處理電路連接，后X光光幕速度處理 模塊分別與后X光處理電路和平均速度計(jì)算模塊連接。
[0006] 所述前X光光幕包括前X光機(jī)、前光幕窄縫鉛板、前X光接收電路探測器和支撐架， 前X光機(jī)嵌在前光幕窄縫鉛板的窄縫中，前X光接收電路探測器固定在支撐架上，前光幕窄 縫鉛板和支撐架平行設(shè)置，前X光機(jī)發(fā)出的X光光幕被前X光接收電路探測器接收，所述X光 光幕與彈丸火線垂直。
[0007] 所述后X光光幕包括后X光機(jī)、后光幕窄縫鉛板、后X光接收電路探測器和支撐架， 后X光機(jī)嵌在后光幕窄縫鉛板的窄縫中，后X光接收電路探測器固定在支撐架上，后光幕窄 縫鉛板和支撐架平行設(shè)置，后X光機(jī)發(fā)出的X光光幕被后X光接收電路探測器接收，所述X光 光幕與彈丸火線垂直。
[0008] 所述前X光處理電路包括依次連接的前光電轉(zhuǎn)換電路、前放大電路和前整形電路， 后X光處理電路包括依次連接的后光電轉(zhuǎn)換電路、后放大電路和后整形電路，兩個X光接收 電路探測器接收到微弱的光通量變化分別通過前光電轉(zhuǎn)換電路和后光電轉(zhuǎn)換電路電路將 其轉(zhuǎn)化為一個微弱的電流變化，經(jīng)過后續(xù)的前放大電路和后放大電路輸出一個可W供測試 系統(tǒng)使用的數(shù)字信號。
[0009] 所述前X光光幕速度處理模塊包括依次連接的前化L鎖相環(huán)模塊、前脈沖寬度檢測 模塊、前計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)補(bǔ)償模塊和前瞬時速度計(jì)算模塊，前脈沖寬度檢測模塊再與前放大電 路連接，前瞬時速度計(jì)算模塊與平均速度計(jì)算模塊連接。
[0010] 后X光光幕速度處理模塊包括依次連接的后化L鎖相環(huán)模塊、后脈沖寬度檢測模 塊、后計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)補(bǔ)償模塊和后瞬時速度計(jì)算模塊，后脈沖寬度檢測模塊再與后放大電路 連接，后瞬時速度計(jì)算模塊與平均速度計(jì)算模塊連接。
[0011] 脈沖寬度檢測模塊用于鑒別干擾信號和彈丸過祀信號，脈沖寬度檢測模塊所使用 的時鐘由化L鎖相環(huán)模塊通過將FPGA的基準(zhǔn)時鐘倍頻得到，通過縮小單個脈沖的脈寬來提 高脈沖寬度檢測模塊的判定精度，計(jì)算上述信號的脈沖寬度，根據(jù)脈沖寬度的不同，區(qū)分彈 丸信號、干擾信號，計(jì)算公式如下：
[0012]
(1. 1)
[0013] 式（1.1)中1表示物體的長度，d表示X射線探測器的有效感光直徑，V表示物體的速 度，t為脈沖寬度。
[0014] 所述瞬時速度計(jì)算模塊計(jì)算出彈丸飛過前X光光幕和后X光光幕的瞬時速度，公式 如下：
[0015]
(1.2)
[0016] 其中Vx是彈丸穿過光幕的瞬時速度，1表示物體的長度，d表示X射線探測器的有效 感光直徑，N是脈沖計(jì)數(shù)值，T是單個脈沖的脈寬。
[0017] 所述平均速度計(jì)算模塊計(jì)算彈丸飛過前后兩個X光幕的平均速度，公式如下：
[001 引 （1.3)
[0019]共T，Va足巧凡飛行的平均速度，Vxi是彈丸飛過前X光幕祀的瞬時速度，VX2是彈丸 飛過后X光幕祀的瞬時速度。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1)在炮口設(shè)置探針，用于產(chǎn)生前X光機(jī) 和后X光機(jī)的觸發(fā)信號，可W使前后X光幕自動打開，運(yùn)樣可W減少X光機(jī)工作時間，延長使 用壽命。
[0021] (2)前X光機(jī)和后X光機(jī)中，使用X射線作為光幕光源，分別通過前光幕窄縫鉛板和 后光幕窄縫鉛板將X射線變成窄光幕，用于在強(qiáng)烈炮口煙焰、大量等離子體的槍炮口有效捕 捉彈丸過祀信號。
[0022] (3)在前X光接收電路探測器和后X光接收電路探測器中使用的X光探測器有效感 光長度是已知的，X光光幕寬度略大于探測器的長度，瞬時速度計(jì)算時，可W根據(jù)前X光接收 電路探測器和后X光接收電路探測器的有效感光長度來代替光幕厚度，減少了對光幕厚度 的精確度要求。
[0023] (4)過祀信號經(jīng)過X光光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路兩路會在脈沖寬度檢測模塊進(jìn)行信 號處理，計(jì)算出兩路信號的脈沖寬度，根據(jù)需要來設(shè)置脈沖寬度的范圍，從而濾出干擾信 號，并且分別計(jì)算出彈丸通過前X光幕和后X光幕的瞬時速度。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明一種X光光幕初速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明一種X光光幕初速測量裝置的處理電路和處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027] 結(jié)合圖1和圖2，一種X光光幕初速測量裝置，包括前X光光幕、后X光光幕、探針2、前 X光處理電路10、后X光處理電路11、前X光光幕速度處理模塊12、后X光光幕速度處理模塊13 和平均速度計(jì)算模塊14,探針2設(shè)置在槍炮管身1上，前X光光幕和后X光光幕平行設(shè)置于彈 丸火線9上，前X光光幕與前X光處理電路10連接，前X光光幕速度處理模塊12分別與前X光處 理電路10和平均速度計(jì)算模塊14連接，后X光光幕與后X光處理電路11連接，后X光光幕速度 處理模塊13分別與后X光處理電路11和平均速度計(jì)算模塊14連接。
[0028] 所述前X光光幕包括前X光機(jī)3、前光幕窄縫鉛板4、前X光接收電路探測器5和支撐 架，前X光機(jī)3嵌在前光幕窄縫鉛板4的窄縫中，前X光接收電路探測器5固定在支撐架上，前 光幕窄縫鉛板4和支撐架平行設(shè)置，前X光機(jī)3發(fā)出的X光光幕被前X光接收電路探測器5接 收，所述X光光幕與彈丸火線9垂直。
[0029] 所述后X光光幕包括后X光機(jī)6、后光幕窄縫鉛板7、后X光接收電路探測器8和支撐 架，后X光機(jī)6嵌在后光幕窄縫鉛板7的窄縫中，后X光接收電路探測器8固定在支撐架上，后 光幕窄縫鉛板7和支撐架平行設(shè)置，后X光機(jī)6發(fā)出的X光光幕被后X光接收電路探測器8接 收，所述X光光幕與彈丸火線9垂直。
[0030] 探針2用于檢測彈丸發(fā)射信號，此信號用于啟動前X光機(jī)3和后X光機(jī)6,前X光機(jī)3和 后X光機(jī)6啟動一段時間會自動關(guān)閉，運(yùn)段時間足夠彈丸穿過兩個X光光幕。前X光接收電路 探測器5和后X光接收電路探測器8分別將捕捉到的彈丸過祀信號對應(yīng)傳入前X光處理電路 10和后X光處理電路11中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、濾波、放大和整形，在前X光光幕速度處理模塊12和 后X光光幕速度處理模塊13中將上一步處理好的信號進(jìn)行抗干擾處理，分別計(jì)算出彈丸通 過兩個X光光幕祀的瞬時速度，在平均速度計(jì)算模塊14中計(jì)算彈丸飛行的平均速度。
[0031] 前X光處理電路10包括依次連接的前光電轉(zhuǎn)換電路19、前放大電路21和前整形電 路23,后X光處理電路11包括依次連接的后光電轉(zhuǎn)換電路20、后放大電路22和后整形電路 24，X射線可W有效地穿透炮口產(chǎn)生的強(qiáng)烈炮口煙焰和大量等離子體，然而卻不能完全穿透 彈丸本身，兩個X光接收電路探測器接收到微弱的光通量變化分別通過前光電轉(zhuǎn)換電路19 和后光電轉(zhuǎn)換電路20電路將其轉(zhuǎn)化為一個微弱的電流變化，經(jīng)過后續(xù)的前放大電路21和后 放大電路22輸出一個可W供測試系統(tǒng)使用的數(shù)字信號。
[0032] 前X光光幕速度處理模塊12包括依次連接的前化L鎖相環(huán)模塊25、前脈沖寬度檢測 模塊27、前計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)補(bǔ)償模塊29和前瞬時速度計(jì)算模塊31，前脈沖寬度檢測模塊27再與 前放大電路21連接，前瞬時速度計(jì)算模塊31與平均速度計(jì)算模塊14連接。后X光光幕速度處 理模塊13包括依次連接的后化L鎖相環(huán)模塊26、后脈沖寬度檢測模塊28、后計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)補(bǔ)償 模塊30和后瞬時速度計(jì)算模塊32,后脈沖寬度檢測模塊28再與后放大電路22連接，后瞬時 速度計(jì)算模塊32與平均速度計(jì)算模塊14連接。
[0033] 在脈沖寬度檢測模塊(前脈沖寬度檢測模塊27和后脈沖寬度檢測模塊28)中分別 進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)補(bǔ)償，脈沖計(jì)數(shù)是將捕捉到的彈丸過祀信號所包含的脈沖時鐘數(shù)計(jì)算 出來，脈沖計(jì)數(shù)過程中會損失一部分脈沖信號進(jìn)行邊沿檢測來校驗(yàn)過祀信號上升沿的穩(wěn)定 到來，在此之后通過編程進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)補(bǔ)償，將補(bǔ)充損失的脈沖。
[0034] 脈沖寬度檢測模塊(27、28)可W鑒別干擾信號和彈丸過祀信號，脈沖寬度檢測模 塊所使用的時鐘基準(zhǔn)由化L鎖相環(huán)模塊倍頻得到，W此提高脈沖寬度檢測的判定精度，運(yùn)些 信號的脈沖寬度都可W計(jì)算出來，根據(jù)脈沖寬度的不同，就可W區(qū)分彈丸信號、干擾信號， 根據(jù)計(jì)算公式1.1:
[0035]
CL 1)
[0036] 式（1.1)中1表示物體的長度，d表示X射線探測器的有效感光直徑，V表示物體的速 度，t為脈沖寬度。
[0037] 假設(shè)X射線探測器的有效感光直徑d = 8mm，彈丸的長度l = 50mm，彈丸的最快飛行 速度v = 2000m/s，則彈丸穿過光幕產(chǎn)生的最窄脈沖寬度t為：
[00；3 引
[0039] 假設(shè)X射線探測器的有效感光直徑d = 8mm，彈丸的最長長度l = 50mm，彈丸的最慢 飛行速度v = 800m/s，則彈丸穿過光幕產(chǎn)生的最寬脈沖寬度t為：
[0040；
[0041] 由上述分析可得，彈丸穿過光幕產(chǎn)生的脈沖信號寬度最窄為29iis，最寬為72.5iis， 可知測得的脈沖寬度在29iis~72.5iis之間才是有效過祀信號，此方法可W有效的濾除干擾 信號產(chǎn)生的干擾，如信號輸出脈寬不在預(yù)設(shè)的數(shù)值之間則將其濾除，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)不同 的彈丸可W設(shè)置不同的脈沖寬度范圍進(jìn)行檢測。脈沖信號寬度需要探測器響應(yīng)時間精度在 微秒級，本發(fā)明使用器件需要具有輸入阻抗高、轉(zhuǎn)換速率快、單位增益帶寬積大、噪聲小的 特點(diǎn)，滿足對于高速彈丸信號的響應(yīng)。
[0042] 對經(jīng)過脈沖寬度檢測模塊(前脈沖寬度檢測模塊27和后脈沖寬度檢測模塊28)的 兩路信號分別在計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)補(bǔ)償模塊中進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)補(bǔ)償，。根據(jù)計(jì)算公式（1.2)， 在瞬時速度計(jì)算模塊中計(jì)算出彈丸飛過前X光光幕和后X光光幕的瞬時速度。
[0043]
(1.2)
[0044] 式（I.2)中，Vx是彈丸穿過光幕的瞬時速度，I表示物體的長度，d表示X射線探測器 的有效感光直徑，N是脈沖計(jì)數(shù)值，T是單個脈沖的脈寬。
[0045] 最后根據(jù)平均速度計(jì)算公式（1.3)在平均速度計(jì)算模塊14中計(jì)算出彈丸飛過前后 兩個X光幕的平均速度。
[0046]
(1.3)
[0047] 式（1.3)中，Va是彈丸飛行的平均速度，Vxi是彈丸飛過前X光光幕的瞬時速度，Vx2是 彈丸飛過后X光光幕的瞬時速度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種X光光幕初速測量裝置，其特征在于:包括前X光光幕、后X光光幕、探針（2)、前X 光處理電路（10)、后X光處理電路（11)、前X光光幕速度處理模塊（12)、后X光光幕速度處理 模塊（13)和平均速度計(jì)算模塊（14 )，探針(2)設(shè)置在槍炮管身（1)上，前X光光幕和后X光光 幕平行設(shè)置于彈丸火線(9)上，前X光光幕與前X光處理電路（10)連接，前X光光幕速度處理 模塊（12)分別與前X光處理電路（10)和平均速度計(jì)算模塊（14)連接，后X光光幕與后X光處 理電路（11)連接，后X光光幕速度處理模塊（13)分別與后X光處理電路（11)和平均速度計(jì)算 模塊(14)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述前X光光幕包括前X 光機(jī)(3)、前光幕窄縫鉛板(4)、前X光接收電路探測器(5)和支撐架，前X光機(jī)(3)嵌在前光幕 窄縫鉛板(4)的窄縫中，前X光接收電路探測器(5)固定在支撐架上，前光幕窄縫鉛板(4)和 支撐架平行設(shè)置，前X光機(jī)(3)發(fā)出的X光光幕被前X光接收電路探測器(5)接收，所述X光光 幕與彈丸火線(9)垂直。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述后X光光幕包括后X 光機(jī)(6)、后光幕窄縫鉛板(7)、后X光接收電路探測器(8)和支撐架，后X光機(jī)(6)嵌在后光幕 窄縫鉛板(7)的窄縫中，后X光接收電路探測器(8)固定在支撐架上，后光幕窄縫鉛板(7)和 支撐架平行設(shè)置，后X光機(jī)(6)發(fā)出的X光光幕被后X光接收電路探測器(8)接收，所述X光光 幕與彈丸火線(9)垂直。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述前X光處理電路（10) 包括依次連接的前光電轉(zhuǎn)換電路(19 )、前放大電路(21)和前整形電路(23 )，后X光處理電路 (11)包括依次連接的后光電轉(zhuǎn)換電路(20)、后放大電路(22)和后整形電路(24)，兩個X光接 收電路探測器接收到微弱的光通量變化分別通過前光電轉(zhuǎn)換電路（19)和后光電轉(zhuǎn)換電路 (20)電路將其轉(zhuǎn)化為一個微弱的電流變化，經(jīng)過后續(xù)的前放大電路(21)和后放大電路(22) 輸出一個可以供測試系統(tǒng)使用的數(shù)字信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述前X光光幕速度處理 模塊(12)包括依次連接的前PLL鎖相環(huán)模塊(25 )、前脈沖寬度檢測模塊(27 )、前計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù) 補(bǔ)償模塊(29)和前瞬時速度計(jì)算模塊(31 )，前脈沖寬度檢測模塊(27)再與前放大電路(21) 連接，前瞬時速度計(jì)算模塊(31)與平均速度計(jì)算模塊(14)連接； 后X光光幕速度處理模塊（13)包括依次連接的后PLL鎖相環(huán)模塊(26)、后脈沖寬度檢測 模塊(28)、后計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)補(bǔ)償模塊(30)和后瞬時速度計(jì)算模塊(32)，后脈沖寬度檢測模塊 (28)再與后放大電路(22)連接，后瞬時速度計(jì)算模塊(32)與平均速度計(jì)算模塊(14)連接； 脈沖寬度檢測模塊用于鑒別干擾信號和彈丸過靶信號，脈沖寬度檢測模塊所使用的時 鐘基準(zhǔn)由PLL鎖相環(huán)模塊倍頻得到，以此提高脈沖寬度檢測的判定精度，計(jì)算上述信號的脈 沖寬度，根據(jù)脈沖寬度的不同，區(qū)分彈丸信號、干擾信號，計(jì)算公式如下：a. 1) 式（I. 1)中1表示物體的長度，d表示X射線探測器的有效感光直徑，V表示物體的速度，t 為脈沖寬度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述瞬時速度計(jì)算模塊 計(jì)算出彈丸飛過前X光光幕和后X光光幕的瞬時速度，公式如下：Cl, 2) 其中Vx是彈丸穿過光幕的瞬時速度，1表示物體的長度，d表示X射線探測器的有效感光 直徑，N是脈沖計(jì)數(shù)值，T是單個脈沖的脈寬。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X光光幕初速測量裝置，其特征在于:所述平均速度計(jì)算模塊 (14)計(jì)算彈丸飛過前后西個X光幕的平均速度，公式如下：(1. 3) 其中，Va是彈丸飛行的平均速度，Vn是彈丸飛過前X光幕靶的瞬時速度，Vx2是彈丸飛過 后X光幕靶的瞬時速度。
【文檔編號】G01P3/68GK106018869SQ201610505294
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】顧金良, 周彤, 夏言, 羅紅娥
【申請人】南京理工大學(xué)