CN110470174A - 类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置与方法，属于惯性器件地面测试技术领域。本发明装置中弹丸测速管安装在空气炮发射管上，两者轴线重合，弹丸测速管上有微型观测孔，气体可通过观测孔出入，在观测孔靠近弹丸测速管的外端面安装有微动传感器，微动传感器能够感知气体的变化，微动传感器的信号线和信号解调处理器相连。使用时，安装弹丸，启动空气炮；弹丸发射，经过观测孔时微动传感器会有信号输出，信号解调处理器根据各个微动传感器的输出进行解算，计算出经过每个观测孔的速度值；然后进行分析数据，剔除野值。本发明实现方式简单，无需对测试装置进行改造，不用增加弹丸测速管，适应性强。

Description

类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置与方法

技术领域

本发明涉及类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置与方法，属于惯性器件地面测试技术领域。

背景技术

以飞机、导弹、卫星为代表的飞行器由于其特殊的运行环境，通过样机实际飞行试验进行系统运行控制的调试优化成本高、周期长，甚至难以实现，其中最为关键的是其导航核心组件——惯性器件的测试，必须开发相对容易实施的低成本高精度地面仿真系统来完成相关技术的测试、分析与验证。

压缩空气炮是一种非常有效和实用的冲击动力学加载试验设备装备，在惯性器件的测试中具有重要的应用。火箭橇试验是验证惯导系统在复合环境下的误差模型、评定制导系统误差模型精度以及分离大过载条件下惯导系统误差系数的有效手段。上述试验方式都需要精确的测量待测试载荷的位置和速度，

现有技术中论文《高g值加速度冲击试验技术研究》(徐鹏，振动与冲击，2011年，30卷，第4期，页码241-245)根据弹体高速侵彻硬目标过程中加速度测试的特点，研制了高g值冲击试验装置。它由一级空气炮、加速度存储测试装置、炮弹、反射式激光测速仪和激光多普勒测速仪等组成，并在该冲击试验装置上进行了弹载加速度存储测试装置的高g值冲击试验。但是以上述为代表的高过载测试装置，使用反射式激光测速仪和激光多普勒测速仪来测量速度，都需要对待测装置进行外形改造，甚至需要裸露整个装置，实现成本高，具有一定的局限性；

中国专利号CN201711019863.3名称为“一种非接触式空气炮测速设备及其方法”的专利公开了一种非接触式空气炮测速设备，包括空气炮发射管和弹丸测速管；空气炮发射管的发射弹道与弹丸测速管的测速弹道同轴心设置，测速弹道内径大于所述发射弹道内径；空气炮发射管包括管身和发射管头，发射管头细于所述管身尺寸；空气炮发射管前端的发射管头插入所述测速弹道的弹丸入口中；弹丸测速管上设置有弹丸速度测量单元；该专利中的方法在炮管上增加了弹丸测速管，测速管上有检测孔，检测孔中有紫外光发射头，当测试装置经过时，测试装置上的有弹性荧光颜料带会捕获紫外光并产生荧光反应，然后检测孔中的可见光探头靶会捕获该信号，测试管上有连续两个检测孔，根据检测孔的距离和可见光探头靶的捕获时间差就可以算出测试装置的速度，但是该方法的装置比较复杂，需要对测试装置进行改造，具有一定的局限性。

本发明拟给出一种能够实现类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置及方法，无需对带载荷的测试装置进行改造，测试原理简单，工程实现性强。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的需要对待测装置进行改造，装置复杂，有局限性等问题，进而提供一种类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置与方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置，包括：空气炮发射管、弹丸测速管、观测孔、微动传感器和信号解调处理器；

其中，弹丸测速管安装在空气炮发射管上，两者轴线重合，弹丸测速管上有微型观测孔，气体可通过观测孔出入，在观测孔靠近弹丸测速管的外端面安装有微动传感器，微动传感器能够感知气体的变化，微动传感器的信号线和信号解调处理器相连。

所述观测孔的个数为三个或三个以上。

所述微动传感器可以替换为其他传感器，例如：电容式微动开关、电感式微动开关、电阻式微动开关、光学微动开关等。

类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：将弹丸测速管安装在空气炮发射管上，微动传感器安装在弹丸测速管的观测孔上方，微动传感器的信号线和信号解调处理器相连；

步骤二：安装弹丸，启动空气炮；

步骤三：弹丸发射，经过观测孔时微动传感器会有信号输出，信号解调处理器根据各个微动传感器的输出进行解算，计算出经过每个观测孔的速度值；

步骤四：分析数据，剔除野值。

所述步骤四还包括以下步骤：采用实验标定法，通过几次实验测定弹丸经过观测孔的实际微动力数值，然后设定一个适当的阈值，用于防止误测，提高准确度。

本发明的有益效果为：

本发明实现方式简单，无需对弹丸(测试装置)进行改造，并且不需要复杂的传感器即可实现高精度位置测量。

本发明可以直接在原来的空气炮发射管的基础上增加观测孔和微动传感器即可，不用增加弹丸测速管，简化工艺设计，适应性强。

附图说明

图1为本发明类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的结构示意图。

图2为本发明类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置实施例2的结构示意图。

图中的附图标记，1为空气炮发射管，2为弹丸测速管，3为观测孔，4为微动传感器，5为信号解调处理器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本实施例所涉及的类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置，包括：空气炮发射管1、弹丸测速管2、观测孔3、微动传感器4和信号解调处理器5；

其中，弹丸测速管2安装在空气炮发射管1上，两者轴线重合，弹丸测速管2上有微型观测孔3，气体可通过观测孔3出入，在观测孔3靠近弹丸测速管2的外端面安装有微动传感器4，微动传感器4能够感知气体的变化，微动传感器4的信号线和信号解调处理器5相连。

所述观测孔3的个数为三个或三个以上。

所述微动传感器4可以替换为其他传感器，例如：电容式微动开关、电感式微动开关、电阻式微动开关、光学微动开关等。

类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：将弹丸测速管2安装在空气炮发射管1上，微动传感器4安装在弹丸测速管2的观测孔3上方，微动传感器4的信号线和信号解调处理器5相连；

步骤二：安装弹丸，启动空气炮；

步骤三：弹丸发射，经过观测孔3时微动传感器4会有信号输出，信号解调处理器5根据各个微动传感器4的输出进行解算，计算出经过每个观测孔3的速度值；

步骤四：分析数据，剔除野值。

所述步骤四还包括以下步骤：采用实验标定法，通过几次实验测定弹丸经过观测孔3的实际微动力数值，然后设定一个适当的阈值，用于防止误测，提高准确度。

实施例1

如图1所示，本实施例中弹丸测速管2安装在空气炮发射管1上，两者轴线重合，且弹丸测速管2与空气炮发射管1的直径相同，不会改变或影响原系统的动力学特性，弹丸发射后可以通过空气炮发射管1进入弹丸测速管2，弹丸测速管2上设置有微型观测孔3，弹丸发射经过时的气体可通过观测孔3出入，在观测孔3靠近弹丸测速管2的外端面安装有微动传感器4，微动传感器4能够感知气体的变化，微动传感器4的信号线和信号解调处理器5相连，微动传感器4可以通过信号线将信号传递到信号解调处理器5中。

实际工作时，空气弹爆炸，弹丸发射后，在弹丸后方的气体急剧膨胀，当经过弹丸测速管2时，气体会从观测孔3中喷出，微动传感器4能记录该信号，信号解调处理器5可以测量并记录经过每个观测孔3的时间，这些观测孔3的距离是已知的，根据时间差可以计算出弹丸经过的速度，为了消除大的偏差值，可以用连续三个观测孔3的速度值进行平均，也可以多设置一些观测孔3，这样可以记录一段距离内经过多个观测孔3的速度值。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例无需设置弹丸测速管2，可直接在原来的空气炮发射管1的基础上增加观测孔3和微动传感器4，具体结构为：空气炮发射管1上设置有微型观测孔3，弹丸发射经过时的气体可通过观测孔3出入，在观测孔3靠近空气炮发射管1的外端面安装有微动传感器4，微动传感器4能够感知气体的变化，微动传感器4的信号线和信号解调处理器5相连，微动传感器4可以通过信号线将信号传递到信号解调处理器5中。实际工作时，空气弹爆炸，弹丸发射后，在弹丸后方的气体急剧膨胀，在经过空气炮发射管1时，气体会从观测孔3中喷出，微动传感器4能记录该信号，信号解调处理器5可以测量并记录经过每个观测孔3的时间，这些观测孔3的距离是已知的，根据时间差可以计算出弹丸经过的速度，为了消除大的偏差值，可以用连续三个观测孔3的速度值进行平均，也可以多设置一些观测孔3，这样可以记录一段距离内经过多个观测孔3的速度值。本实施例相较于实施例1不用增加弹丸测速管，简化工艺设计，适应性强。

实施例3

使用上述类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、将弹丸测速管2安装在空气炮发射管1上，微动传感器4安装在弹丸测速管2的观测孔3上方，微动传感器4的信号线和信号解调处理器5相连。

步骤二、安装弹丸，启动空气炮；

步骤三、弹丸发射，经过观测孔3时微动传感器4会有信号输出，信号解调处理器5根据各个微动传感4器的输出进行解算，计算出经过每个观测孔3的速度值；

步骤四、分析数据，剔除野值。

该方法实现简单，不需要对弹丸(测试装置)进行改造，不需要复杂的传感器，另外，甚至可以不用增加弹丸测速管，直接在原来的空气炮发射管的基础上增加观测孔和微动传感器即可，简化工艺设计，适应性强。

进一步，也可以采用其他传感器，例如：电容式微动开关、电感式微动开关、电阻式微动开关和光学微动开关等实现弹丸经过观测孔3的测定。

进一步，为了区分是否是弹丸经过观测孔3，可以在采用实验标定法，也就是通过几次实验测定弹丸经过观测孔3的实际微动力数值，然后设定一个适当的阈值，防止误测，提高准确度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置，其特征在于，包括：空气炮发射管(1)、弹丸测速管(2)、观测孔(3)、微动传感器(4)和信号解调处理器(5)；

其中，弹丸测速管(2)安装在空气炮发射管(1)上，两者轴线重合，弹丸测速管(2)上有微型观测孔(3)，气体可通过观测孔(3)出入，在观测孔(3)靠近弹丸测速管(2)的外端面安装有微动传感器(4)，微动传感器(4)能够感知气体的变化，微动传感器(4)的信号线和信号解调处理器(5)相连。

2.根据权利要求1所述的类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置，其特征在于，所述观测孔(3)的个数为三个或三个以上。

3.根据权利要求1所述的类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置，其特征在于，所述微动传感器(4)可以替换为其他传感器，例如：电容式微动开关、电感式微动开关、电阻式微动开关、光学微动开关等。

4.根据权利要求1、2或3所述的类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将弹丸测速管(2)安装在空气炮发射管(1)上，微动传感器(4)安装在弹丸测速管(2)的观测孔(3)上方，微动传感器(4)的信号线和信号解调处理器(5)相连；

步骤二：安装弹丸，启动空气炮；

步骤三：弹丸发射，经过观测孔(3)时微动传感器(4)会有信号输出，信号解调处理器(5)根据各个微动传感器(4)的输出进行解算，计算出经过每个观测孔(3)的速度值；

步骤四：分析数据，剔除野值。

5.根据权利要4求所述的类空气炮惯性器件测试系统的高精度位置测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：采用实验标定法，通过几次实验测定弹丸经过观测孔(3)的实际微动力数值，然后设定一个适当的阈值，用于防止误测，提高准确度。