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1、高速运动物体的速度测试系统设计题目：高速运动物体的速度测试系统设计 工作原理 光电检测的方法技术指标1.速度约1000m/s2. 测试精度误差小于5%。3. 测量区域直径(Diameter)大于500mm作业要求 给出光学系统、测试系统、电路系统的设计思想和方法 说明必要的工作原理摘要：提出了一种基于光幕测速和单片机数据处理的高速运动物体速度测试系统。采用半导 体激光器、光电探测器、原向反射屏形成大面积光幕测试区，当高速运动物体穿越光幕时 光通量的变化被光电探测器转变为电信号，经过比较电路后送入单片机进行数据处理，并由 LED进行速度显示。1 引言高速运动物体速度测试是指测试运动物体在飞行运动
2、过程中特定某一点所 具有的瞬时速度，其大小不仅与物体发射条件和发射过程有关，而且也与物体本 身的物理参数、气动参数等相关参数有关。吕动光幕停止光專F 激光光幕单片机数据采集处理；LED速度显示对于高速飞行物体速度的测试，有许多方法,如网靶使用范围广，但测试精 度差，成本高，测试效率较低；线圈靶使用方便，但受外界影响较大，尤其易受 电磁干扰。为了有效提高测速系统的使用范围和灵活性，降低成本，根据高速运 动物体测试场合，测试特点等方面的要求，现提出了采用激光光幕测试技术来实 现对弹丸速度的测试。激光光幕速度测试是利用光电检测技术实现对弹丸速度的 非接触测试，该方法操作简便，效率高，测试范围大，精度
3、高，且不受天气的影 响。2 系统结构及原理概述激光光幕测速是通过测试高速运动物体穿过两光幕问的时间间隔厶及两 光幕间的距离s,由口=s/出获得其平均速度，系统原理图如图l所示。由启动 光幕和停止光幕组成区截，当高速运动物体飞过各光幕时，分别阻挡部分光线， 光电探测器将相应的光信号转换成电信号，经过信号处理后，送入单片机进行数 据处理，最后将精确计算得到的速度值显示在 LED 上。运动物体速度测试系统主 要由光学设计单元、信号处理单元及数据采集、显示单元组成，系统框图如图2光学设计单元主要完成光幕的建立和运动物体通过光幕时光信号的采集，如图 3 所示。激光经透镜扩束后穿过激光出射孔形成扇形光幕，
4、光幕人射原向反射 屏，并将有剩余发散角的反射光线反射到光敏面上，当高速运动物体通过光幕时， 光电探测器探测的光通量发生变化，并将这种变化转换成弹丸通过光幕的信号。原向反射屏半导体激光器/#4信号处理单兀图3光学设计信号处理单元包括光电信号转换放大电路和比较器电路组成。光电信号转换 放大电路是将高速运动物体通过光幕时产生的光信号转换成电信号，并将电信号 放大，根据后一级电路的需要选择合适的电信号的放大倍数。光电信号转换放大 电路如图 4 所示需送由于使用单片机作为数据采集单元的入比较器电路，将放大的模拟信号转换成数字信号，但由于信号上叠加有噪声， 如若选用单一的阈值比较器电路，将会在阈值附近产生
5、反转，从而产生误触发。制计数器开始计数和停止计数。图5比较器电路为了有效抑制噪声的影响，肿该比较器电路选用LM311、R和RES组成滞回比较器, 比较电路如图5所示，（a）、（b）分别表示启动电路和停止电路5。由启动电路和 停止电路输出的方波信号分别输入单片机的外部中断端INTO和INT1,来控5数据采集、显示单元51硬件设计数据采集、显示单元由 AT89C51 单片机、 LED 动态显示电路及驱动电路组成， 其框图如图6所示。采用AT89C51单片机来实现对弹丸过靶信号的采集和处理。 弹丸通过两个激光光幕时光电探测器接收的光通量会产生变化，经过光电信号转 换放大电路和比较电路，输出两路方波信
6、号，最后输入到单片机的外部中断引脚 （INTO、INTl）上，当弹丸经过起始光幕时，第一个中断信号输入，并启动计数图 6 数据采集、显示单元框图器开始计时，当弹丸通过截止光幕时，第二个中断信 号输人，计数器停止计时，单片机通过计数器计算出两次中断信号输入的间隔时 间，就可得到弹丸通过两光幕区的时间，根据已知两光幕之间的距离，即可计算 出弹丸经过两光幕中心的速度，AT89C51单片机通过74HC373驱动LED动态显示 电路将测试结果显示出来引。52软件设计软件设计主要由主程序、初始化程序、中断处理程序、数据处理程序及 LED 显示等组成。如图7所示，程序开始时，定义LED显示字型码及控制字码，
7、并初 始化各端口、计数器和中断控制寄存器，然后进入测试等待状态，当弹丸穿过启 动光幕时，开启计数器1，当弹丸穿过停止光幕时，关闭计数器 1，此时可得到 通过两光幕的时间出，然后对数据进行处理，并将得到的速度值送到LED进行显 示。6试验及结论该测试系统进行了56式7. 62nIIn枪弹实弹射击试验，试验条件为：启动光 幕距枪口4m，两光幕之间距离为0. 5m，试验以三发为一组，共进行了三组试验， 试验结果见表1。该测试系统测试部分采用了光电设计，增强了测试系统的灵敏 度，提高了测试精度，数据采集处理部分采用了 AT89C51为核心的处理单元，代 替了数据采集卡和计算机组成的数据处理单元，降低了成本，简化了系统配置， 使系统小型化，使用更加方便、灵活。经过实弹测试，测试系统的速度偏差小于 士 1%，但对于1000m/s以上的高速弹丸，系统的灵敏度和测试精度还需进一步 提高。
