编码式光幕立靶测试系统的研究

迈肯思工控
发布时间:2019-11-28
1 引言
   
在轻武器的生产和研制的弹丸质量评定中,要求测试弹丸速度以及测量弹丸在靶面上的散布情况,即射击密集度。射击密集度是低伸武器射击性能的一项重要指标,它与武器效能有关。传统测量射击密度是在预定的弹道上竖立硬纸靶.射击一定次数后,人工测量纸靶上留下的弹孔。该方法操作简单,但测量结果不够客观,测量精度不高。目前射击实验大多采用无形靶,包括声靶,光电靶以及基于无线电测量等。激光光幕靶是光电靶中的一种,它主要由激光系统和计算机系统组成。激光系统由激光二极管和激光束构成网格,网格的间距根据武器弹丸大小进行调整。当弹丸将激光束切断时,相应的二极管产生一个脉冲,经转换为数字信号传输到计算机。以光电转换为原理的光纤编码立靶测试系统具有测量精度高、有效靶面大等优点,但是其光纤编排工艺复杂,测量结果不是弹道预定点的着靶位置,室内同样需配置人工光源,且组成较大靶面时成本大、系统复杂。因此,为了构建低成本、大面积、高精度的立靶精度测量系统,对信号接收电路编码,并与平行光幕设计相结合实现弹丸坐标的测量。

2 光电靶原理及结构
   
光电靶是利用光源与透镜组合发射平行光束,光电二极管接收,形成垂直交叉的光路网隔,网隔距离(二极管间隔)是由子弹直径确定。其数目则根据子弹直径和靶面的大小确定。弹着点坐标测量系统架构如图1所示。

    传统的目标靶纸置于光电靶前,两靶同轴。当子弹击中靶面时,子弹遮挡住X轴、Y轴各一束光路,改变对应的光电二极管的开关状态,此时,所有的光电二极管的开关状态都已被编码,编码后的数字信号由计算机处理后即得到子弹击中靶面的位置。这其中,光电二极管能否检测子弹快速遮挡光路这一动作,主要由光电二极管的响应时间决定。通常子弹击中靶的速度小于l 000 m/s,被遮挡光路的有效长度大于5 mm,由此得出子弹遮挡光路的时间大于5 ms,而普通光电二极管的响应时间小于0.1 ms,因此可满足测量要求。

3 平行光幕系统的设计
    平行均匀矩形光幕系统由半导体激光器、光阑、鲍维尔透镜、焦距为650 mm的菲涅尔透镜和光敏二极管阵列组成。平行光幕系统选用点状半导体激光二极管作光源,具有体积小、效率高、成本低、无需高压电源、寿命长等优点。使用光阑选取激光器点光斑中间光强比较均匀的部分。鲍威尔透镜是一种光学划线透镜,使激光束通过非球面透镜最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线,达到线形激光整形的目的。利用菲涅尔透镜的平行聚焦特性,让点光源从菲涅尔透镜的焦点发射,经过它之后形成平行光。图2为平行光幕系统图。

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