炮弹爆炸弹片平均飞行速率测试方法研究
1 测试原理
由于炮弹爆炸时存在诸多不确定性因素，所以在测量弹片速率时只能测其平均速率。具体原理如下：进行测试之前，在炮弹周围放置一圈靶标，靶标与炮弹的水平距离s0为8m。考虑到爆炸时弹片将向斜上方飞出，为保证弹片以较大的概率射中靶标，选择靶的最大高度skmax(即k取最大时的sk)不低于8m（10m左右为宜），如图1所示。如果能准确记录炮弹爆炸的时刻t0和某一弹片进入靶的时刻ti，则该弹片的平均飞行速率为
，其中k为该弹片所属的弹洞系列。一个弹洞系列是指靶距相同且属于同一被测信号通道的一些弹洞。因此，测量弹片速率的关键在于能够准确测出炮弹爆炸时刻t0和弹片入靶时刻ti。利用数据采集卡可以实现上述目的。
如图2所示，在炮弹爆炸瞬间，绕在炮弹上的触发线立刻被炸断，触发线电平立即上升为Vtrg，Vtrg为一直流正电平，作触发电平用，其值应小于Vcc。从而触发数据采集卡，启动采集，开始记录靶上信号线的输出波形，波形起点即为炮弹爆炸时刻t0。继续记录靶上信号线输出波形，根据其波形特点，即可确定各弹片的入靶时刻ti。如图3所示，弹片未入靶时，高电平Vcc未与信号线相连，采集到的数据为0电平。Vcc为一直流正电平，当弹片入靶时，金属弹片把Vcc与信号线相连，采集到的数据跳变为Vcc电平。当弹片离靶后，信号线电平又回到0电平。因此，当多个弹片先后入靶时，同一弹洞系列的理想波形便应如图4所示。其中，t1、t2、t3分别为弹片1、弹片2、弹片3的入靶时刻。t0为触发时刻，即炮弹爆炸瞬间时刻。至此，炮弹爆炸时刻和各弹片入靶时刻均已准确测得，各弹片的平均飞行速率即可由公式
算出。
2 测试系统的软、硬件设计
2.1 硬 件
硬件部分主要由数据采集卡和靶标组成，关键在于选择合适的数据采集卡和靶标材料。
选择数据采集卡主要考虑其采样率和量程。实测中，数据采集卡的一个通道对应一个弹洞系列，一个弹洞系列可能射入0至多块弹片。显然，当有多个弹片射入时，各弹片的入靶时间间隔将非常短，因此，只有采样率足够大的数据采集卡才能分辨出各弹片的入靶时间间隔。为此，这里选用PCI50612数据采集卡，其采样频率最高为50Msps。由于炮弹爆炸弹片很多，其飞行方向各不相同，故布防的测试通道也多，实际多达几十个。所以需要采用多卡并行扩展的方式扩展测试通道，但这样会导致上位PC机开销很大，因而，实测中采样率选择不是越高越好。采样率越高，PC机处理的数据量越大，PC机处理越复杂。实测中使用12.5Msps档采样率，基本达到实测分辨率要求。此外，选择大量程的采集卡更好一些，实测中Vcc电压选择10V左右较佳，所以采集卡的量程必须大于10V。
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