炮彈爆炸彈片平均飛行速率測試方法研究
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1 測試原理
由于炮彈爆炸時存在諸多不確定性因素，所以在測量彈片速率時只能測其平均速率。具體原理如下：進(jìn)行測試之前，在炮彈周圍放置一圈靶標(biāo)，靶標(biāo)與炮彈的水平距離s0為8m?？紤]到爆炸時彈片將向斜上方飛出，為保證彈片以較大的概率射中靶標(biāo)，選擇靶的最大高度skmax(即k取最大時的sk)不低于8m（10m左右為宜），如圖1所示。如果能準(zhǔn)確記錄炮彈爆炸的時刻t0和某一彈片進(jìn)入靶的時刻ti，則該彈片的平均飛行速率為
，其中k為該彈片所屬的彈洞系列。一個彈洞系列是指靶距相同且屬于同一被測信號通道的一些彈洞。因此，測量彈片速率的關(guān)鍵在于能夠準(zhǔn)確測出炮彈爆炸時刻t0和彈片入靶時刻ti。利用數(shù)據(jù)采集卡可以實(shí)現(xiàn)上述目的。
如圖2所示，在炮彈爆炸瞬間，繞在炮彈上的觸發(fā)線立刻被炸斷，觸發(fā)線電平立即上升為Vtrg，Vtrg為一直流正電平，作觸發(fā)電平用，其值應(yīng)小于Vcc。從而觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡，啟動采集，開始記錄靶上信號線的輸出波形，波形起點(diǎn)即為炮彈爆炸時刻t0。繼續(xù)記錄靶上信號線輸出波形，根據(jù)其波形特點(diǎn)，即可確定各彈片的入靶時刻ti。如圖3所示，彈片未入靶時，高電平Vcc未與信號線相連，采集到的數(shù)據(jù)為0電平。Vcc為一直流正電平，當(dāng)彈片入靶時，金屬彈片把Vcc與信號線相連，采集到的數(shù)據(jù)跳變?yōu)閂cc電平。當(dāng)彈片離靶后，信號線電平又回到0電平。因此，當(dāng)多個彈片先后入靶時，同一彈洞系列的理想波形便應(yīng)如圖4所示。其中，t1、t2、t3分別為彈片1、彈片2、彈片3的入靶時刻。t0為觸發(fā)時刻，即炮彈爆炸瞬間時刻。至此，炮彈爆炸時刻和各彈片入靶時刻均已準(zhǔn)確測得，各彈片的平均飛行速率即可由公式
算出。
2 測試系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計
2.1 硬 件
硬件部分主要由數(shù)據(jù)采集卡和靶標(biāo)組成，關(guān)鍵在于選擇合適的數(shù)據(jù)采集卡和靶標(biāo)材料。
選擇數(shù)據(jù)采集卡主要考慮其采樣率和量程。實(shí)測中，數(shù)據(jù)采集卡的一個通道對應(yīng)一個彈洞系列，一個彈洞系列可能射入0至多塊彈片。顯然，當(dāng)有多個彈片射入時，各彈片的入靶時間間隔將非常短，因此，只有采樣率足夠大的數(shù)據(jù)采集卡才能分辨出各彈片的入靶時間間隔。為此，這里選用PCI50612數(shù)據(jù)采集卡，其采樣頻率最高為50Msps。由于炮彈爆炸彈片很多，其飛行方向各不相同，故布防的測試通道也多，實(shí)際多達(dá)幾十個。所以需要采用多卡并行擴(kuò)展的方式擴(kuò)展測試通道，但這樣會導(dǎo)致上位PC機(jī)開銷很大，因而，實(shí)測中采樣率選擇不是越高越好。采樣率越高，PC機(jī)處理的數(shù)據(jù)量越大，PC機(jī)處理越復(fù)雜。實(shí)測中使用12.5Msps檔采樣率，基本達(dá)到實(shí)測分辨率要求。此外，選擇大量程的采集卡更好一些，實(shí)測中Vcc電壓選擇10V左右較佳，所以采集卡的量程必須大于10V。
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