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《基于虚拟仪器技术的弹丸初速测量系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第27卷第1期南京理工大学学报Vol.27No.12003年2月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyFeb.2003X基于虚拟仪器技术的弹丸初速测量系统XX王昭王昌明吴平信姜守全狄长安(南京理工大机械工程学院,南京210094)摘要介绍一种基于虚拟仪器技术的弹丸初速测量系统,阐明系统工作原理、实现方法及系统的硬件和软件结构;利用小波变换空间局部化性质,探讨小波变换模极大值检测信号突变点的方法在确定天幕靶弹丸信号特征点的应用,大量实验表明了该系统的可行性及实用性。关键词弹丸,速度测量,仪器
2、;小波变换分类号TJ0139.2学科代码460.4030自美国NI(NationalInstrumentsCorp)公司推出虚拟仪器VI(VirtualInstruments)的概念以来,在系统中,用灵活、强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件,越来越得到广泛的认同与应用。常用的弹丸初速测量的方法有感应线圈法、天幕靶及光电靶法等,目前的天幕靶测速系统中一般用2台天幕靶配1个测时仪,天幕靶输出1个经整形后的弹丸运动脉冲信号启动测时仪进行计时,因此对2台天幕靶整形电路的一致性有严格要求,同时对天幕靶光学成像部分的一致性有较高的要求,由于天幕靶的固有噪
3、声信号较大,易引起测时仪误触发,且不能测连发射击弹丸的初速。为此本文开发一套实用的基于PC的天幕靶弹丸初速测量数采系统。该系统在功能上较单一的天幕靶及电子测时仪组成的系统有较大的扩展。1系统的硬件配置及测量原理天幕靶是一种以光电转换为基础的,用于探测飞行弹丸到达空间某一预定位置时刻的仪器。天幕靶在室外工作时,以天空为背景;在室内使用时需配置专用室内直流线光源。由于狭缝光阑的作用,天幕镜头的视场为有一定厚度的扇形,通常人们称之为天幕。一旦有物体进入该天幕,遮住狭缝的部分光线,通过狭缝后面的聚光系统到达光敏元件的光通量就发生了变化。因此,光敏元件所在
4、的电路中会产生1个正比于该光通量变化的电信号,当配用测时仪时此信号经过放大、整形,最后输出1个脉冲信号,触发计时仪,完成计时功能。在本系统中,光通量的变化信号经放大后直接输出,可给出弹丸运动的模拟信号。系统组成框图如图1所示,弹丸经过天幕靶的扇行视场时遮住射向天幕靶的线光源,从而使到达光敏元件的光通量发生变化,天幕靶输出的模拟信号经BNC2090信号调理单元,X收稿日期:2001-11-06XX王昭男38岁博士生总第128期王昭王昌明吴平信等基于虚拟仪器技术的弹丸初速测量系统49由数据采集系统对其进行数据采集。数据采集卡型号为NI的PCI-MIO
5、-16E-1,采样频率为1.25MHz。测速时,用测量工具精确测量2台天幕靶间距s,测时仪给出飞过2个靶之间的时间t,则弹丸在此距离s内的平均速度为v=s/t。图1系统组成框图Fig.1Schematicofsystem2系统的软件设计目前,可用于虚拟仪器的开发平台主要有2种:图形化的编程语言、文本式的编程语言。本系统采用的是基于VisualBasic的测试系统平台,在该系统中调用MatrixVB进行数据处理及图形显示,MatrixVB是具有强大计算及图形化功能的一组可执行程序库,用户可调用MatrixVB里的各种功能函数模块进行计算。为获取弹丸
6、运动的特征点,判读弹丸飞经2个靶的时刻,基于小波变换原理开发了数据处理包。主控系统软件主要分成2大部分:系统控制软面板、数据采集及数据处理软件。其中,各主要界面及测试流程如图2所示。图3为弹丸初速测量软面板。图2主要界面及测试流程Fig.2Maininterfaceandthediagramofmeasurement图3弹丸初速测量软面板Fig.3Measuringsoftpanelofinitialvelocity50南京理工大学学报第27卷第1期根据所测弹丸初速特点及测试要求,弹丸初速测量的数据采集及波形显示软面板如图3所示,由图形显示窗口、
7、系统基本参数、数据采集、数据分析、结果显示各功能模块组成。图3中/参数设置0主要包括以下几个组件:通道选择、采样频率、采集长度、触发方式、预置/延迟方式、触发电平。3天幕靶弹丸信号小波分析3.1信号奇异性检测原理[1~3]由小波系数模极大值理论可知,如果信号f(t)在t0是突变点,那么f(t)的二阶导(2)数在各个尺度上t0点附近的小波变换Waf(t)都会产生一个局部极大值点,并且随着尺度的减小,这些模的极大值点收敛于t0,因此可利用小波变换模极大值检测出信号的所有突变点。当弹丸穿过天幕靶时,天幕靶会产生一正比于光通量变化的脉冲信号,基于这一思想
8、可确定描述弹丸飞经天幕靶扇形视场的特征点。3.2数据处理用该系统对某枪弹的初速进行实弹验证实验,该系统采集到的信号如图3软面板中所示。由
