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(shí)存在諸多不確定性因素，所以在測量彈片速率時(shí)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?chē)胖靡蝗Π袠?，靶標與炮彈的水平距離s0為8m?？紤]到爆炸時(shí)彈片將向斜上方飛出，為保證彈片以較大的概率射中靶標，選擇靶的最大高度skmax(即k取最大時(shí)的sk)不低于8m（10m左右為宜），如圖1所示。如果能準確記錄炮彈爆炸的時(shí)刻t0和某一彈片進(jìn)入靶的時(shí)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(gè)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)鍵在于能夠準確測出炮彈爆炸時(shí)刻t0和彈片入靶時(shí)刻ti。利用數據采集卡可以實(shí)現上述目的。
如圖2所示，在炮彈爆炸瞬間，繞在炮彈上的觸發(fā)線(xiàn)立刻被炸斷，觸發(fā)線(xiàn)電平立即上升為Vtrg，Vtrg為一直流正電平，作觸發(fā)電平用，其值應小于Vcc。從而觸發(fā)數據采集卡，啟動(dòng)采集，開(kāi)始記錄靶上信號線(xiàn)的輸出波形，波形起點(diǎn)即為炮彈爆炸時(shí)刻t0。繼續記錄靶上信號線(xiàn)輸出波形，根據其波形特點(diǎn)，即可確定各彈片的入靶時(shí)刻ti。如圖3所示，彈片未入靶時(shí)，高電平Vcc未與信號線(xiàn)相連，采集到的數據為0電平。Vcc為一直流正電平，當彈片入靶時(shí)，金屬彈片把Vcc與信號線(xiàn)相連，采集到的數據跳變?yōu)閂cc電平。當彈片離靶后，信號線(xiàn)電平又回到0電平。因此，當多個(gè)彈片先后入靶時(shí)，同一彈洞系列的理想波形便應如圖4所示。其中，t1、t2、t3分別為彈片1、彈片2、彈片3的入靶時(shí)刻。t0為觸發(fā)時(shí)刻，即炮彈爆炸瞬間時(shí)刻。至此，炮彈爆炸時(shí)刻和各彈片入靶時(shí)刻均已準確測得，各彈片的平均飛行速率即可由公式
算出。
2 測試系統的軟、硬件設計
2.1 硬 件
硬件部分主要由數據采集卡和靶標組成，關(guān)鍵在于選擇合適的數據采集卡和靶標材料。
選擇數據采集卡主要考慮其采樣率和量程。實(shí)測中，數據采集卡的一個(gè)通道對應一個(gè)彈洞系列，一個(gè)彈洞系列可能射入0至多塊彈片。顯然，當有多個(gè)彈片射入時(shí)，各彈片的入靶時(shí)間間隔將非常短，因此，只有采樣率足夠大的數據采集卡才能分辨出各彈片的入靶時(shí)間間隔。為此，這里選用PCI50612數據采集卡，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)際多達幾十個(gè)。所以需要采用多卡并行擴展的方式擴展測試通道，但這樣會(huì )導致上位PC機開(kāi)銷(xiāo)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機處理的數據量越大，PC機處理越復雜。實(shí)測中使用12.5Msps檔采樣率，基本達到實(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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