1 中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
水下动态参数的测试是特种**、 两栖**、 水下专用**性能考核的必备环节, 而水下运动体的速度信息是评价水下**性能的重要指标之一。 针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、 安装调试复杂、 设备体积庞大等问题, 提出一种以激光光幕为有效区域水上、 水下分体式, 实时、 非接触的测速方法。 通过分析Lambert-Beer定律和体散射函数等数学原理, 确定了水下光谱传输规律综合考虑性价比获得最佳峰值波长; 将1m的圆柱体作为散射体模拟光在水中的散射情况, 追迹空间区域内的光线总数为1×105, 获得位于传播方向上1, 3, 5和7 m处的接收面上辐照度的光能量分布, 从而获取系统激光光源的最佳峰值功率。 以此为依据, 采用定距测时原理和一维原向反射技术, 由峰值波长为532 nm的半导体光纤耦合绿光激光器、 光纤耦合式鲍威尔棱镜防水扩束器、 一维原向反射器等构建光学系统。 激光光源、 光电转换部分和信号调理部分位于水上, 激光光幕和原向反射器位于水下, 通过光纤束完成两路光信号的发射和反射光的回收。 发射端光纤一端与光源耦合, 另外一端与鲍威尔棱镜耦合置于水下形成扇形光幕。 接收端光纤一端均布于鲍威尔棱镜出口, 另一端与PIN型光电传感器耦合。 设计齿形一维原向反射器并完成加工制造, 光线将沿着入射光方向原向返回, 另外一维方向则仍为镜面反射, 将接收系统置于发射点垂直光面内附近即可接收大部分光能量, 解决了现有原向发射器因水介质折射率不同于空气而导致原向反射特性消失的问题。 实验采用波长为(532±5) nm绿光激光器, 功率稳定性<1%, 光学噪声< 0.5%, 准直后耦合至长度为2 m的单模光纤再经过鲍威尔棱镜展宽为60°扇形一字线光幕, 扩束模块封装采用尼龙防水材料, 接收光纤均布于光源周围形成环形光纤束, 光纤另外一端均匀排列与PIN光敏二极管直接耦合。 光敏二极管前加中心波长为532 nm的光学滤光片, FWHM=(3±1) nm, 透过率为70%。 PIN型光敏二极管有效尺寸为5.0 mm×5.0 mm。 采用多档可调的光电信号调理电路以适应不同尺寸的测试对象。 该系统进行了不同目标速度参数测试实验, 以钢弩为发射装置, 信号经过光纤回收、 信号调理, 采集至计算机处理获得波形及区间内平均速度, 两激光光幕之间的距离为定值300 mm, 波形峰值作为计时时刻。 成功获取了较高信噪比的波形信号和目标速度值。 利用水下运动体模型与模拟结果进行比较得到其绝对误差。 实验结果表明: 本方法结构简单、 重复性好, 可实现有效区域达到1 m×1 m, 最小可测目标尺寸为5 mm, 理论测速上限可达1 000 m·s-1, 实验数据通过与理论经验公式结果比对表明, 系统测试精度可达0.2%。
水下** 激光光幕 弹丸速度 一维原向反射 Submarine weapon Laser screen Velocity One-dimensional retro-reflector
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了解决室内10 m×10 m大靶面探测光幕灵敏度分布不均匀的问题, 研究了镜头光幕探测传感器灵敏度分布规律。依据镜头式光度学理论, 分析了影响光幕探测灵敏度的主要因素, 建立探测灵敏度数学模型, 获得幕面内不同位置的弹丸过幕信号幅值变化趋势。最终提出了灵敏度修正方案, 通过改变光幕靶不同位置光源的发光亮度, 来实现探测幕面内灵敏度分布均匀化。修正后的探测光幕采用气枪弹验证可知, 灵敏度能满足大靶面灵敏度均匀化要求。
弹丸速度测量 大靶面探测光幕 L形光源 灵敏度修正 velocity measurement of projectile large target area detection light screen L-shaped light source sensitivity correction 红外与激光工程
2018, 47(6): 0617004
西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安710032
为了解决靶场测试中对于双管齐射**飞行矢量和着靶坐标的测量问题,提高测试精度,介绍了一种基于多幕面装置的非接触测试方法。文中详细介绍了装置的构成,分析了测试方法的原理,并利用MatLab软件进行了仿真测试,根据其技术特点和仿真结果,对工程应用存在的实际问题进行了讨论。装置系统可以完成对双管齐射**的测试,能够区分弹丸穿过幕面的正确时序并根据相应规则进行计算并得出结果。
多幕面 弹丸速度 仿真测试 着靶坐标 multi-screen projectiles velocity simulation testing target coordinates
为了能够同时测量弹丸在斜入射时的速度和着靶坐标，基于天幕靶的六光幕交汇立靶测量原理，利用6套天幕靶在空中形成6个探测光幕，当弹丸以一定的角度入射并依次穿过6个光幕时，由信号采集与处理系统测得弹丸穿过各个光幕的时间间隔，再根据各时间间隔值和系统结构参数，便可以求出弹丸的速度、弹道俯仰角、弹道方位角。给出了测量原理及公式，并对测量误差进行了分析，结果表明，该方法具有精度高且易于工程化的优点。
天幕靶 六光幕 弹丸速度 sky screen six-light-screen projectile velocity
中北大学电子测试技术国家重点实验室， 山西 太原 030051
连发弹丸的速度和射频测试是靶场测试要研究的一个重要问题.介绍了基于四光幕的区截测速系统，分析连发弹丸过靶波形特征，采用前沿分析的方法确定弹丸过靶波形的特征点，对存在振动信号的波形利用信号匹配法确定弹丸过靶波形的特征点，编写了基于VC++开发环境的测试软件.利用软件对波形数据进行处理获得连发弹丸的速度和射频.实弹打靶测试的结果表明，该激光测速系统操作方便，测试结果准确.
激光测速 弹丸速度 射频 laser velocity measuring VC++ VC++ projectile velocity firing rate
中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900
研制了一种新型的利用激光光束反射原理的全光纤弹速测量系统.该系统采用了全光纤结构和光纤耦合器等无源器件,以输出光功率1mW,工作波长1300nm的半导体激光器作为测试系统的光源,用光纤耦合器进行分光,实现了在一根光纤中同时传输光源和接受目标反射的信号光,避免了复杂的调节和准直过程.该系统结构简单、可靠性高,利用它,成功地测量了霍普金森杆发射的子弹速度,结果表明其速度测量相对不确定度小于1%.
弹丸速度测量 光纤传感器 光纤无源器件 激光测速
