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红外测速光幕靶改进及测量精度分析

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文章编号:　167329965(2010)032205205

红外测速光幕靶改进及测量精度分析3

高芬,安莹,倪晋平,马时亮(西安工业大学光电工程学院,西安710032)摘　要:　为提高XGK22002型红外测速光幕靶的测量精度及安装调试速度,提出采用双辅助激光器实现光源和接收精确对准的光幕靶改进方案.在现有红外测速光幕靶工作原理及结构基础上,对光源和接收对准中存在的问题进行了探讨,分析了其影响.提出了在光幕靶两端分别设置一激光器实现对准的光幕靶改进方案,并从测时误差及靶距误差两方面对改进后测量精度进行了分析.结果表明,改进后的光幕靶可快速、直观的实现光源和接收的对准,测试精度及安装可靠性提高,改进后测速精度可达到1‰.

关键词:　弹丸速度测量;红外光幕靶;激光对准;测速精度中图号:　TJ012.3 文献标志码:　A

弹丸速度和立靶密集度是衡量武器系统对目标射击效果的主要特征参数,也是枪、药、弹的生产厂家在产品检验中主要测量的技术指标[1].常规测量弹丸飞行速度的装置有网靶、线圈靶、天幕靶、光幕靶等,测试均基于定距测时的区截原理.目前,在室内靶道测试中,XGK22002型红外测速光幕靶因其结构简单、操作简便、性能稳定、成本低廉、可以测试各种材质及各种口径弹丸等特点,在兵器测速领域获得了广泛使用,并由此发展了四光幕交汇[223]、六光幕交汇[425]红外光电立靶等弹丸密集度测试系统.现有XGK22002型红外测速光幕靶采用一字线阵列的红外发光二极管作为光源,一字线阵列的红外光电二极管作为接收,光源和接收分别固定于靶架两侧,构成具有一定有效靶面的探测光幕.该结构中单个光幕的光源和接收在阵列长度上是否精确对准将直接影响光幕靶的测速精度及可靠性.若对不准,光幕靶实际测量精度与仅考虑两光幕不平行引入的误差的理论精度[6]间将存在较大的误差.由于实际光幕是不可见的,仅依靠光幕靶本身机械结构很难保证光源和接收对准,实际调试中常出现光幕靶部分区域无探测信号或光幕面上下对称位置信号幅值差异很大等情况.为此本文在对现有XGK22002型红外测速幕靶光源、接收对准中存在的问题进行深入分析的基础上,提出采用辅助激光器实现对准的光幕靶改进方案,在光幕靶两端分别设置一点状激光器实现对准,以提高光幕靶测试精度,并从测时误差及靶距误差两方面对改进后测速精度进行了分析.

1　光幕靶工作原理及结构光幕靶是基于光电转换原理制成的,主要用于室内靶道进行弹丸飞行速度测试的系统.如图1所示,它采用线阵列的红外发光二极管构成光源装置,线阵列的红外光电二极管作为接收装置,通过接收装置中一定间隔的两道狭缝光阑的作用,限制由光源进入接收阵列的光近似为一具有一定厚度的薄形区域,称之为光幕.单个光源装置和接收装置分别固定于靶架两侧构成单个探测用光幕靶[729].

第30卷第3期 西　安　工　业　大　学　学　报 Vol.30No.3

2010年06月 JournalofXi’anTechnologicalUniversity Jun.2010

3收稿日期:2009212207

基金资助:国家自然科学基金(60972005)作者简介:高芬(19802),女,西安工业大学讲师,西安交通大学博士研究生,主要研究方向是靶场光电测试技术、光学非球面检测技术等.E2mail:gaofen8128@163.com.图1　光幕靶结构示意图Fig.1　Thestructurediagramoflightscreentarget测速时,用两个光幕靶与一计时系统配合使用.如图2所示,将两套光幕靶平行放置于预定的弹道上,当弹丸穿过第一个光幕时会遮挡一部分光线,引起接收装置光电器件上的光通量发生变化而产生微弱变化的光电流信号,经过后续电路处理,

启动计时系统开始计时,当弹丸穿过第二个光幕时停止计时,由计时系统给出弹丸飞过两靶的时间T,测得两个光幕靶之间的距离S,则弹丸在此距离S内的平均速度为V=S/T(1)

图2　光幕靶测速示意图Fig.2　Theschematicofvelocitymeasurement基于上述原理的XGK22002型红外光幕靶依据光源装置和接收装置固定方式的不同可分为两种结构形式如图3所示.

一种是分离型,如图3(a)所示,光源和接收采用悬臂的结构分别固定于铝型材或铝合金矩形管材所制成的靶架的两侧,通过固定连接块与靶架相连.该结构常用于1m×1m的大靶面光幕靶.另一种是一体化型,如图3(b)所示,光源装置与接收装置两端通过螺钉与上下连杆固定为一体,构成单个光幕靶整体,通过在靶架上设置固定连接块及锁紧装置,用4个固定连接块及锁紧装置将单个光幕靶固定至靶架构成单个测试光幕,该结构常用于330mm×400mm,或500mm×500mm的小靶面光幕靶.

图3　红外光幕靶结构及固定方式Fig.3　Thestructureandfixedmodeofinfraredlightscreen

2　光源和接收对准中存在的问题如图3(a)中所示光幕靶,由于光源装置和接收装置分别固定于型材靶架两侧,该结构中阵列光源和阵列接收是否精确对准将直接引起光幕靶的测速精度及可靠性.从图1可知,要使光源和接收对准即要使得窄长狭缝光阑1,2,3的对称中心共面.通过分析可知,光源和接收可分解为如下三种对不准的情况:①光源和接收平行但不共面,即光源相对接收存在沿Z方向的平移Δ;②光源和接收相对倾斜,即光源相对接收存在绕X轴的转动;③光源和接收相对偏转,即光源相对接收存在绕Y

的旋转,具体如图4所示.实际光源和接收的对准可能为上面三种情况中一种或几种情况的组合,这将导致相同弹丸过靶面时,靶面内输出信号大小不一致或部分区域无信号,直接影响测试性能.图3

(b)中采用上下连杆将光源和接收固定为一整体

,

一定程度改善了光源和接收对不准的情况,但实际调试中发现,对称区域输出信号幅值仍可能相差一半.

由于实际光幕是不可见的,现有光幕靶调试中光源和接收是否对准只能依靠示波器监测靶面内各点信号输出的大小决定.测试结果表明,依靠光幕靶本身结构很难保证光源和接收对准,实际调试中常出现光幕靶部分区域无探测信号或光幕面上下对称位置信号幅值差异很大的情况,其调试过程需反复调整再测试,逐步逼近理想位置.该调试过程复杂、耗时且精度不高,且使用一段时间后由于靶架变形或安装地点变化光源和接收需重新对准,

现有结构的不足给用户方的使用带来很大困难,为此本文提出采用辅助半导体激光器实现对准的光幕靶改进方案.

602 西　安　工　业　大　学　学　报 第30卷图4　几种光源和接收对不准情况Fig.4　Severalkindsofdislocationbetweenlightsourceandreceiver

3　改进及测量精度分析

3.1　改进方案考虑到需要同时监测整个阵列光源和阵列接收装置狭缝光阑长度方向的对准情况,采用如图5所示的双激光瞄准系统,在接收装置狭缝光阑1两端分别固定一红光点状半导体激光器,激光器光斑直径为1mm,阵列光源上端狭缝光阑3中心延长线上设置一字刻线,阵列光源下端狭缝光阑3的中心延长线上设置一圆形反射镜,有效口径为󰂡6mm.激光器1采用透射瞄准方式,激光器2采用反射瞄准方式.图5　改进系统示意图Fig.5　Schematicofimprovedsystem机械装调时首先需对两激光器进行调试,使得激光光束经光阑2垂直出射,激光光束中心与光阑1、2组成的光幕对称中心重合,激光器调试好后即可用于对准.对准前先用吊重锤的方法初略调整接收装置,使得光幕与水平面基本垂直,再打开激光对准系统进行对准.首先打开激光器1,调节光源装置上端平移部件,使得激光中心对准光源上端一字刻线,其次打开激光器2,调节下端平移部件,使得激光中心对准反射镜中心,观察反射激光束,若偏离光阑2中心则调节光源的旋转部件,使得反射光束沿原光路返回.重复上述步骤1～2次即可消除平移、旋转引入的对准误差,实现光源和接收的对准.该瞄准系统结构简单、对准操作直观.3.2　精度分析对有效靶面为1m×1m,靶距为2m,采用一体化靶架的改进型光幕靶进行精度分析.

由式(1)可知测速相对误差计算公式为ΔVV=ΔSS+Δt

t(2)

可见,测速相对误差由测距和测时两部分误差组成.

3.2.1　测距误差对光幕靶测距误差通常从以下四个方面考虑[6]:弹道不垂直于测试光幕引起的靶距误差

ΔS1、靶距测量误差ΔS

2

、两靶光幕不平行引起的靶

距误差ΔS3、光幕厚度不均匀性带来的靶距测量误差ΔS4.而通过上节的分析可知,实际上单个光幕对准引入的测距误差ΔS5对测速误差有非常大的影响,必须考虑.

1)弹道不垂直于测试光幕引起的靶距误差ΔS

1

ΔS

1

主要由飞行弹丸弹道与光幕不垂直角度

γ1的大小决定,对于靶距S=2m,设飞行夹角γ1

不大于1°,则ΔS1=S/cosγ1-S=0.3mm

2)靶距测量误差ΔS

2

两靶间的距离通常采用钢卷尺测量,靶距测量

误差ΔS2主要由所用钢卷尺的本身的示值误差、环境温度变化、操作读数误差等综合决定.

①钢尺示值误差引起的靶距测量误差ΔS

21

可依据国标QBT244321999的规定计算.该规

定指出钢卷尺自零点端起到任意线纹的示值误差限为:Ⅰ级Δ=(0.1+0.1L)mm;Ⅱ级Δ=(0.3

+0.2L)mm,其中L是以米为单位的长度值,当长

702　第3期 高芬等:红外测速光幕靶改进及测量精度分析

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列车测速仪常见故障分析及改进建议

列车测速仪常见故障分析及改进建议

列车测速仪常见故障分析及改进建议列车测速仪是一种用来测量列车行驶速度的装置，可以实时监测列车运行状态，对于保证列车运行安全、提高行车效率具有重要意义。

但是，列车测速仪在运行过程中也存在一些常见故障。

本文将对列车测速仪常见故障进行分析，并提出相应的改进建议。

一、测速装置故障1、精度偏差精度偏差是列车测速仪常见的故障之一。

由于测速仪自身精度、传感器安装不当等原因，使得测量结果与实际车速存在偏差。

改进建议：定期对测速仪进行校准，检查测速仪传感器安装是否规范。

2、读数不稳定读数不稳定也是列车测速仪的一种故障。

因为在测量中，传感器受到外部因素的干扰或是电路出现故障等原因，导致读数不稳定。

3、转速无法测量一些测速仪在高速运行时，就容易出现转速无法测量的故障。

这种情况主要是由于探头松动、脱落等原因导致的。

改进建议：加强传感器安装固定，确保传感器不会脱落。

二、通信故障随着列车智能化程度的提高，一些列车测速仪具有通信功能，可以把测速数据传输到相关系统中。

但是，通信故障也经常会影响到测速仪的运行。

1、无法与其他系统通信高速列车运行环境恶劣，导致测速仪与其他系统通信的过程中，往往会产生通信干扰，导致测速仪无法与其他系统进行通信。

改进建议：应对通信干扰采取相关的技术措施，利用过滤器等设备，减少外部干扰。

通信线路故障也是列车测速仪的一种常见问题，因为列车在运行过程中，经常会经过隧道等地形复杂的地方，容易造成通信线路断裂或意外损坏。

改进建议：定期检查通信线路情况，杜绝“短路”等线路故障。

三、电源故障列车测速仪需要连续工作，需要稳定可靠的电源保障。

电源故障会导致列车测速仪无法正常运行。

1、电池电量不足在乘客列车运行中，往往需要使用测速仪进行实时检测，而电池电量不足则无法支持测速仪持续工作。

改进建议：定期对电池进行检查和充电，确保车辆上每个测速仪在出发前都已经充电完成。

2、电源断电在列车行驶过程中，有时会发生电源断电的情况，影响到测速仪的正常工作。

基于红外光幕靶的曳光弹测试技术研究的开题报告

基于红外光幕靶的曳光弹测试技术研究的开题报告

基于红外光幕靶的曳光弹测试技术研究的开题报告一、研究背景和意义曳光弹是一种能在空中产生明亮光芒的弹药，常用于对空射击、机动目标打击等任务中。

在测试曳光弹性能时，需要在弹道轨迹中确定其航迹、高度、速度等参数，这对于优化弹药设计和提高命中率是至关重要的。

传统的测试方法采用烟雾弹、摄像机等设备捕获曳光弹的轨迹，但存在不稳定、易受环境影响等缺陷。

而基于红外光幕靶的测试技术具有响应速度快、精度高、适应性强等优点，因此成为研究的热点之一。

本研究旨在基于红外光幕靶进行曳光弹测试技术的研究，以提高测试精度和可靠性，为曳光弹设计、制造和实战提供技术支持。

二、研究内容和方法1. 红外光幕靶的原理和特点：介绍红外光幕靶的工作原理和结构特点，分析其在曳光弹测试中的优势和应用范围。

2. 曳光弹测试装置设计：根据红外光幕靶的特点和曳光弹的运动规律，设计曳光弹测试装置，包括曳光弹发射装置、靶场布置、光电测试设备等。

3. 曳光弹测试方法研究：基于红外光幕靶的测试方法需要结合光电测量技术，分析测试过程中需要测量的参数、数据处理方法等，并进行实验验证，确定测试方法的可行性和精度。

4. 曳光弹测试结果分析：通过对测试结果的分析和比较，评估基于红外光幕靶的曳光弹测试技术的可靠性和优越性，为曳光弹的设计、制造和实战提供技术支持。

三、研究进度安排1. 阶段一（1-2个月）：对曳光弹和红外光幕靶技术进行理论研究，明确研究方向和目标。

2. 阶段二（2-4个月）：设计曳光弹测试装置，包括曳光弹发射装置、靶场布置、光电测试设备等。

3. 阶段三（4-6个月）：研究基于红外光幕靶的曳光弹测试方法，包括测试参数、数据处理方法等，进行实验验证。

4. 阶段四（6-8个月）：分析和比较测试结果，评估基于红外光幕靶的曳光弹测试技术的可靠性和优越性，撰写论文或报告。

四、研究预期成果1. 建立基于红外光幕靶的曳光弹测试技术，提高测试精度和可靠性。

2. 确定曳光弹测试方法的测试参数和数据处理方法，为曳光弹设计和制造提供技术支持。

基于DL-500型红外测温仪测量精度提升方法新探讨

基于DL-500型红外测温仪测量精度提升方法新探讨

基于 DL-500 型红外测温仪测量精度提升方法新探讨摘要：为了判断设备状态，发现耐张线夹压接部位以及引流板等线路连接部位电流型发热和瓷质绝缘子以及合成绝缘子处的电压型发热是否出现异常，本文采用红外测温仪对其进行检测，并根据缺陷分类进行相应的处理。

最后以复奉线3747号耐张塔大号侧极II线夹为研究对象，对红外测温方法进行论证分析。

关键字：红外测温；发热异常；测量方法；精度0 引言高压输电线路的故障主要集中在线路的接续管、耐张线夹、调整板、二线联板等连接器处，当线路出现故障时连接器处会呈现高温状态[1]。

输电线路导线连接器温度测试技术是利用红外远距离测温原理对连接器进行远距离测温[2]，并根据其连接处温度的变化判断设备状况和缺陷性质的一种先进技术。

1 红外测温工作原理红外辐射是电磁频谱的一部分，其物理本质是热辐射，而辐射能量的大小及其波长都与物体表面的温度有着十分密切的关系，因此红外测温仪接收多种物体自身发射的红外能量对其进行测量,就可以准确地反映出被测物体的温度[3]。

测试技术如图1示。

首先瞄准系统瞄准（或指示）被测部位，通过主光学系统将被测处的红外线集中到检测元件上，进入仪表的红外线发射面，限制在固定范围内[4]；然后由检测单元把红外线能量转换为电信号，再在信号处理单元里把检测单元输出的信号，用电子技术和计算机技术进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息；最后在显示单元把处理过的信号变成人们可阅读的数字或画面。

图1 红外测温仪原理其测试方法有：1、表面温度判断法根据测得的设备表面温度值，对照 GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》，对高压开关设备和控制设备各种部件、材料和绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断[5]。

2、相对温差判断法当设备接头超温时，应采用相对温差对超温性质作进一步判断。

相对温差：2 个对应点之间温差与较热点温升之比的百分数。

天幕靶

天幕靶

光幕靶测速报告一、光幕靶的应用低身弹道测量是常规靶场武器系统试验鉴定以及产品校验和射表编拟的重要环节。

测量的主要参数有：弹丸速度、飞行姿态、立靶密集度、跳角、飞行时间和气象参数等。

速度测试包括枪（炮）的初速和着靶速度两个参数。

立靶密集度是指多组射弹对一定靶距的立靶进行射击时，弹着点相对平均弹着点密集或离散的程度。

速度和立靶密集度是衡量武器系统对目标设计效果的主要特征参数，也是目前枪、药、弹的生产厂家在产品检测中主要测量的技术指标。

在对弹丸速度的测试中，传统的接触式测量方法已逐渐被非接触式测量方法所代替，天幕靶因具备操作简便、容易标定、可以测试各种材质和各种口径弹丸的特点，因而日益受到测速领域的重视。

在对弹丸着靶坐标的测试中，较常用的方法是胶合板（或沙网）做成一个正方形的平面。

设计完毕后，直接用尺子在这个平面上测量弹丸坐标。

这种方法不但费时费力，而且无法测试连发状态。

天幕靶则不但可以测量单管炮的连发状态，还可以测量多管炮的齐射连发状态，并能区分管序和弹需，实时给出测量结果。

二、天幕靶测速原理光电靶由光学系统、光敏元件、处理电路及机械结构四部分组成。

天幕靶是利用光电转换原理制成的非接触式区截装置，是一种测量弹丸飞行速度的光电仪器。

天幕靶是以天幕为靶，以天空自然光为背景，借助一套光学系统形成一个光幕面，其幕面大致的形状如图1所示。

当弹丸穿过光幕时，引起进入天幕靶的光通量发生变化，使其输出脉冲信号来启动计时装置，实现弹丸飞行速度的测量。

这种靶的最大优点是对弹丸不必做任何处理，尤其对枪炮的连发测速不仅精度高而且稳定可靠，操作简单。

图 1 天幕靶作用原理图在室外使用时，天幕靶是以一定亮度的天空为背景的，这一定亮度的天空就相当于一个大面积的散射光源。

考虑到天幕靶光路系统的特点，从图1中可以看到以天空为背景形成的光幕是一个楔形的幕，楔形幕面的形成是因为天幕靶镜头后的像面上有一道很细的狭缝，相当于一个视场光阑，只有通过狭缝的光才能构成有效幕面，而通过狭缝的光在空间所构成的区域是楔形的。