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1、第25卷第1期南京理工大学学报Vol.25No.12001年2月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyFeb.2001y多头弹速度测量方法研究*孙海波孔德仁吴志林(南京理工大学机械学院,南京210094)摘要简述了常规弹丸运动速度测量方法及用于多头弹速度测量存在的问题,介绍了一种实用的多头弹测量系统,并就提高速度测量精度的数据判读及处理方法进行了深入的讨论,大量的实验证明了该系统的可行性。关键词弹丸,速度测试,误差分析;多头弹,多项式拟合,相关分析分类号TJ0139.2,TN911.61常
2、规弹丸初速测量方法常规的区截测时仪测速方法属于定距测时法,实际上是测量出弹丸通过一定弹道长度上的飞行时间后间接计算出弹丸通过这段距离的平均速度。它主要有区截装置(或称靶)和电子测时仪组成。区截装置有很多类型,如铜丝靶、锡箔靶、通断靶、天幕靶、光电靶及线圈靶,其靶应成对使用。电子测时仪是以记录振荡脉冲数的方式测定时间间隔的电子仪器,其工作过程可简述为当弹丸穿过第1测速靶的区截面时,即产生第1个脉冲信号,经信号变换器将此信号放大整形后形成1个方波信号,该方波信号经触发电路控制计数器并开始计数;当弹丸穿过第2测速靶的区截面时产生第2个脉冲信号,同样经变
3、换器放大整形形成1个方波信号,该信号使计数器停止计数。然后记录(或存储)数据,再令计数器复位,复位后的计数器才能进行下一发弹的测试。采用该方法测量弹丸运动初速显然仅能测量出单个弹丸或空间距离大于2个区截靶距离的连发射击弹丸的初速,对于弹丸距离很小的多头弹速度测量来讲是无能为力的。因此研究能测量多弹头运动初速度的测量系统具有重要的意义及使用价值。本文介绍一种能测量多头弹运动初速的测量方法。2测量系统组成根据目前多头弹的工作原理,一般多头弹都在膛内分离,各弹头之间飞行相差的时间很短,因此本文采用励磁式线圈靶的工作原理,利用数据采集系统记录下弹丸穿过线
4、圈时产生的感应电动势信号,以此信号作为判读各弹丸的运动速度。图1为测量系统的组成框图,图y收稿日期:1999-01-05*孙海波男50岁副教授****88南京理工大学学报第25卷第1期2为测得的某双头弹的感应信号曲线。图1测量系统组成框图图2某双头弹的感应信号曲线Fig.1DiagramoftestsystemFig.2Curvesofdoubleprojectiles.inductionsignal线圈靶内部由感应线圈及励磁线圈2个绕组构成,工作时对励磁线圈通以恒定的励磁电流,使得在线圈靶中及其周围产生一个适当强的恒定磁场,感应线圈在此恒定磁场
5、中便有一恒定的磁通量通过。当铁磁性的弹丸通过线圈靶时,将使线圈中部份空间的磁导率发生变化,使感应线圈中的磁通量也发生变化,并产生类似于正弦波的感应信号,当弹丸穿过线圈中性面时感应电势为0,当弹丸运行到相对线圈靶中心位置为线圈等效半径的1/2时,感应信号将出现峰值。因此判读出各弹丸分别经过2个线圈靶中性面的时间就可以计算出各弹丸的平均运动速度。由此可见,该系统可适用于单头弹的单发及连发测量,也可适用于多头弹的单、连发测量。该方法速度测量的精度主要取决于时间间隔的计算精度,本文就此进行深入讨论。3时间间隔的计算方法数据采集系统记录到弹丸的过靶信号后,
6、按其工作原理可采用直接找特征点法、多项式拟合法及相关算法判读各弹丸穿过2个靶的时间间隔。(1)直接找特征点,一般是读取感应信号过零点的位置作为弹丸穿过线圈中性面的时刻。该方法在判读零点位置时,有时会遇到从曲线形状上看曲线确实经过零点,但受采样或零点漂移等因素的影响,在过零时刻并无采样点存在,因此很难判读出零点位置。同时,由于测量弹丸穿过靶的感应电信号属于动态测量,在测量中难免遭受随机干扰噪声的影响,使得直接找特征点更为困难。(2)多项式拟合的指导思想是用感应信号过零点附近的若干个采样点的对应的信号值与采样时间进行曲线拟合,得到一个感应电势与采样时
7、间之间的多项式,然后可求出多项式为0的时刻,由此判读出弹丸穿过线圈中性面的时间。该方法可消除部分随机噪声的影响,同时也避免了不能直接找特征点困难。(3)相关分析计算弹丸穿越2靶时间间隔$t,假设弹丸经过2个区截装置(靶1及靶2)的输出信号分别为x(t)及y(t),互相关函数为Rxy(S),由相关知识可知,若互相关函数Rxy(S)在$t处具有最大值,则表明弹丸飞经2个靶的时间延迟即为$t,设x(t)、y(t)的富里叶变换分别为X(f)、Y(f),计算过程为F[x(t)]=X(f),F[y(t)]=Y(f),F[Rxy(S)]=X(-f)#Y(f)(
8、1)总第116期孙海波孔德仁吴志林多头弹速度测量方法研究89-1xy(S)=F[X(-f)Y(f)](2)相关计算可在时域中也可在频域中
