专利名称：水下弹体的电磁感应测速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下弹体的电磁感应测速装置，一种利用电磁感应线圈靶实现高速水下弹体速度测试的装置，属于高速水弹道学和水中兵器技术领域。
背景技术：
水的密度约为空气密度的800多倍，粘滞系数约为空气的100倍，高速弹体在水下运动时所受阻力非常大，弹体在水下的速度保持能力低，表现为在很短的运动距离上，弹体的速度衰减严重。同时，高速弹体在水下运动时经常伴随着超空泡、尾流、冲击波和噪声等低速弹道没有的现象，这些复杂的弹道特征都给高速水下弹体的速度测试带来一定困难。由于水介质特性与空气介质特性的巨大差别，很大空气弹道中已经规范化的速度测试方法都难以在水下应用。水介质具有一定的导电性，海水中富含导电离子，导电性较强，通断靶这类测速装置受到水介质导电性的影响可能会非正常导通，不能用于高速水下弹体速度的测试；高速弹体在水下运动时经常伴随着超空泡，锡箔靶等接触性测速装置会引起超空泡形态的改变或导致空泡脱落，改变高速弹体的弹道特性，因而也无法用于测试高速水下弹体的速度；水介质对光线具有吸收和散射作用，光的能量随传播距离的增加衰减较为严重，光幕靶、线阵C⑶测速系统和高速摄影这类光学测速装置由于受到光线衰减的影响，用于测试高速弹体的速度时效果欠佳，在含杂质较多、水质混浊的测试环境中光学测速装置基本不能应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决在复杂水域中高速水中弹药的速度难于测试、现有水下测速装置的测试精度较低的问题，提出了水下弹体的电磁感应测速装置，是一种利用电磁感应原理测试高速水中弹药速度的装置。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的水下弹体的电磁感应测速装置，该装置包括电磁感应装置、信号处理电路和示波器；电磁感应装置包括线圈靶8和靶架9，线圈靶8固定在靶架9上；线圈靶8包括壳体和线圈2，壳体由内环3、外环5、上连接板4和下连接板6组成，内环3为空心柱体，内环 3上绕制线圈2，外环5置于内环3的外侧，上连接板4在壳体的顶端，下连接板6在壳体的底端；线圈2密封在内环3、外环5、上连接板4和下连接板6组成的空间内；外环5上有2 个导线孔1，用于引出导线；上连接板4和下连接板6的四周有定位孔7，用于将线圈靶8固定在靶架9上；线圈靶8壳体的连接处利用密封胶进行密封，防止水介质进入壳体内部；线圈2为一定匝数的漆包线，线圈2绕制均匀、一致性良好，其直径满足不干扰测试弹体周围的超空泡形态和水介质的高速流动，线圈2的匝数满足磁化弹体通过时产生足够强度的感应电动势信号；线圈2的直径为15 25cm，线圈2匝数为100 200匝。
信号处理电路包括滤波电路10和放大电路11，滤波电路10能滤除由于水介质特性影响引起的感应电动势信号中的高频、杂波信号，放大电路11能实现对感应电动势信号适当倍数的放大。滤波电路10包括电阻R1和电容C1、电容C2,电阻R1前端接输入信号，后端接电容Cp电容C2的一端以及运算放大器的反相输入端，电容C1、电容C2的另一端接地； 放大电路11包括运算放大器、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5和电容c3、电容C4，运算放大器的反相输入端接滤波处理后的信号，正相输入端接电阻R2,电阻R2的另一端接地，运算放大器的引脚7接电容C3和电阻R3,电容C3和电阻R3并联，电容C3的另一端接地，电阻R3 的另一端接正向电源V。。，运算放大器的引脚4接电容C4和电阻R4,电容C4和电阻R4并联， 电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端接负向电源VEE，电阻R5为可变电阻，其一端接运算放大器的输出端，另一端接运算放大器的反相输入端，实现输出信号的负反馈，起到反相放大信号的作用。示波器的型号为TST3406，具有实时地的显示和记录功能。本发明的高速水下弹体的电磁感应测速装置的工作过程为经磁化处理的弹体穿过线圈靶8时，线圈2切割磁化弹体磁场的磁感线，由电磁感应原理，线圈靶8内产生感应电动势信号，该信号即为弹体的过靶信号。当弹体穿过多个线圈靶8时，就会相应地产生多个过靶信号。线圈靶8产生的感应电动势信号强度较弱，且由于水介质中杂质或其它干扰因素的作用，电动势信号中还可能伴随一些干扰信号，需经滤波和放大处理。经信号处理电路处理后，得到强度较高且无干扰(或干扰很小)的感应电动势信号，输出至示波器显示。 利用示波器可以测量相邻两个感应电动势信号的时间间隔，而感应电动势信号反应的是弹体过靶信息，两线圈靶8的靶距是固定的，利用平均速度法，即可测量得到弹体在两线圈靶 8之间的平均速度。有益效果本发明具有结构简单、受水介质特性干扰小、数据处理方便、精度较高、且对高速水中弹药的带空泡弹道无影响等优点，可以用于高速射弹等高速水中兵器的速度测试。
图I为电磁感应装置结构示意图；图2为线圈靶的结构示意图；图3为线圈靶的俯视视图；图4为信号处理电路示意图；其中，I-导线孔，2-线圈，3-内环，4-上连接板，5-外环，6_下连接板，7_定位孔， 8-线圈祀，9-靶架，10-滤波电路，11-放大电路。
具体实施例方式为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例将本发明作进一步说明。实施例水下弹体的电磁感应测速装置，该装置包括电磁感应装置、信号处理电路和示波器；电磁感应装置的作用是产生弹体的过靶信号，即感应电动势信号；
电磁感应装置，如图I、图2和图3所示，包括线圈靶8和靶架9，线圈靶8固定在靶架9上；线圈靶8包括壳体和线圈2，壳体由内环3、外环5、上连接板4和下连接板6组成，内环3为空心柱体，内环3上绕制线圈2，外环5置于内环3的外侧，上连接板4在壳体的顶端，下连接板6在壳体的底端；线圈2密封在内环3、外环5、上连接板4和下连接板6 组成的空间内；外环5上有2个导线孔1，用于引出导线；上连接板4和下连接板6的四周有定位孔7，用于将线圈靶8固定在靶架9上；其中，壳体内环3的外径是150mm,高度是60mm,夕卜环5的内径是160mm,高度是 50mm,内环3、外环5的厚度均为5mm,上连接板4、下连接板6的厚度均为IOmm,上连接板4、 下连接板6的四周的定位孔7的直径为10_，壳体的材料为尼龙。线圈2绕制在内环3壳体上，线圈2直径是150mm，匝数为100，材料为漆包线，漆包线线径为O. 5mm，线圈2绕制均匀、一致性良好。线圈靶8壳体的连接处利用密封胶进行密封，防止水介质进入壳体内部。靶架9包括四根直径为IOmm的螺纹杆，其作用是将螺纹杆穿入电磁感应装置壳体的定位孔7内，并用螺母拧紧固定，通过调整螺母位置实现对电磁感应装置定位，靶架9 的材料为45#钢；信号处理电路的作用是对电磁感应装置产生的感应电动势信号进行滤波和放大处理，生成便于示波器显示和存储的电压信号；信号处理电路包括滤波电路10和放大电路 11，如图4所示，滤波电路10能滤除感应电动势信号中的高频、杂波信号，放大电路11能实现对感应电动势信号适当倍数的放大。滤波电路10包括电阻R1和电容C1、电容C2,电阻R1 前端接输入信号，后端接电容Cp电容C2的一端以及运算放大器的反相输入端，电容C1、电容C2的另一端接地；放大电路11包括运算放大器、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5和电容(3、电容C4，运算放大器的反相输入端接滤波处理后的信号，正相输入端接电阻R2，电阻R2 的另一端接地，运算放大器的引脚7接电容C3和电阻R3,电容C3和电阻R3并联，电容C3的另一端接地，电阻R2的另一端接正向电源V。。，运算放大器的引脚4接电容C4和电阻R4,电容C4和电阻R4并联，电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端接负向电源VEE，电阻R5为可变电阻，其一端接运算放大器的输出端，另一端接运算放大器的反相输入端，实现输出信号的负反馈，起到反相放大信号的作用。R1 = 100 Ω , R2 = R3 = R4 = 100 Ω，R5 = IOOkQ，C1 = O. I μ F，C2 = I μ F，C3 = C4 = O. I μ F，Vee = -12V, Vcc = 12V，运算放大器型号为 LF357N。示波器的型号为TST3406，其作用是对处理后的感应电动势信号进行显示和存储，其具有多个数据采集通道，并具有自动触发、显示和快速存储功能，能实时地采集与记录感应电动势信号，同时具有较高的采样频率，能准确的判读感应电动势的零点位置，保证测试数据具有较高的精度。实验前，将电磁感应装置按照图I所示的方式布置，各个电磁感应装置的平面与水平面保持平行，各装置中心连线与水平面垂直，各装置之间的距离相等。将各电磁感应装置与信号处理电路连接，信号处理电路的输出端分别连接示波器的一个通道。连接完毕后， 将靶架垂直放置在测试水池中，信号处理电路和示波器放置在水池外，在靶架正上方垂直向下发射弹体，发射装置枪管中心与各靶中心连线重合，保证弹体预定弹道与各靶中心连线重合，弹体事先经过磁化处理。为了便于形成对比，在测试水池的一侧加装透明玻璃，且实验用水清澈，能够使用高速摄影拍摄高速弹体的水下弹道，通过数据处理得到高速弹体在相邻两个线圈靶之间的速度，与电磁感应装置的测速结果进行对比。
实验过程为将示波器设置为自动触发，设置一个较小的触发电压值，如IOOmV, 各个通道处于待触发状态。在水池上方利用发射装置垂直发射测试弹体(高速射弹)，由于弹体事先经过磁化处理，当其经过电磁感应装置时，由感应电动势原理，线圈切割弹体磁场的磁感线，在电磁感应装置内产生感应电动势，电动势信号经信号处理电路处理后，进入到示波器。当第一个靶内产生的电动势信号的电压值超过设置的触发电压值时，示波器开始记录第一个电磁感应装置产生的电动势信号，并在屏幕上显示出来，当弹体依次经过各靶时，电磁感应装置内相应地产生过靶信号，并被示波器依次记录和显示。测试完毕后，利用示波器的数据处理功能来判读两个相邻感应电动势信号之间的时间间隔，两靶之间的距离预先设定，利用平均速度法计算弹体经过两靶之间的平均速度。用高速摄影和电磁感应装置测试了六组实验数据，其中靶距选取了两种即15cm 和20cm，其测试的时间和速度数据如表I所示，电磁感应装置测试的速度值相对于高速摄影测试的速度值的相对偏差如表I所示。通过分析本实施例的高速弹体的速度测试结果，电磁感应装置的测速结果与高速摄影的测速结果的相对偏差在5%以内，说明水下电磁感应测速装置具有较高的测试精度。 在水质复杂的测试环境中，高速摄影难于应用，但本测试装置不受水质的影响，可以实现对复杂测试环境中高速弹体速度的测试，而且是一种非接触性的、对高速弹体弹道无影响的测试装置。表I
权利要求
1.水下弹体的电磁感应测速装置，其特征在于该装置包括电磁感应装置、信号处理电路和示波器；电磁感应装置包括线圈靶⑶和靶架(9)，线圈靶⑶固定在靶架(9)上；线圈靶⑶ 包括壳体和线圈(2)，壳体由内环(3)、外环(5)、上连接板(4)和下连接板(6)组成，内环(3)为空心柱体，内环(3)上绕制线圈(2)，外环(5)置于内环(3)的外侧，上连接板⑷在壳体的顶端，下连接板(6)在壳体的底端；线圈(2)密封在内环(3)、外环(5)、上连接板(4) 和下连接板(6)组成的空间内；外环(5)上有2个导线孔(1)，用于引出导线；上连接板⑷ 和下连接板(6)的四周有定位孔(7)，用于将线圈靶⑶固定在靶架(9)上；线圈靶⑶壳体的连接处利用密封胶进行密封；信号处理电路包括滤波电路(10)和放大电路(11);滤波电路(10)包括电阻&和电容 C1^电容C2,电阻R1前端接输入信号，后端接电容C1、电容C2的一端以及运算放大器的反相输入端，电容C1、电容C2的另一端接地；放大电路(11)包括运算放大器、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5和电容C3、电容C4,运算放大器的反相输入端接滤波处理后的信号，正相输入端接电阻R2,电阻R2的另一端接地，运算放大器的引脚7接电容C3和电阻R3,电容C3和电阻R3并联，电容C3的另一端接地，电阻R3的另一端接正向电源V。。，运算放大器的引脚4接电容C4和电阻R4,电容C4和电阻R4并联，电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端接负向电源VEE，电阻R5为可变电阻，其一端接运算放大器的输出端，另一端接运算放大器的反相输入端。
2.根据权利要求I所述的水下弹体的电磁感应测速装置，其特征在于线圈(2)为一定匝数的漆包线。
3.根据权利要求I所述的水下弹体的电磁感应测速装置，其特征在于线圈(2)的直径为15 25cm，线圈⑵匝数为100 200匝。
4.根据权利要求I所述的水下弹体的电磁感应测速装置，其特征在于示波器的型号为 TST3406。
5.根据权利要求I所述的水下弹体的电磁感应测速装置，其特征在于经磁化处理的弹体穿过线圈靶⑶时，线圈⑵切割磁化弹体磁场的磁感线，由电磁感应原理，线圈靶⑶ 内产生感应电动势信号，该信号即为弹体的过靶信号；当弹体穿过多个线圈靶(8)时，就会相应地产生多个过靶信号；线圈靶(8)产生的感应电动势信号强度较弱，且由于水介质中杂质或其它干扰因素的作用，电动势信号中还可能伴随一些干扰信号，需经滤波和放大处理；经信号处理电路处理后，得到强度较高且无干扰或干扰很小的感应电动势信号，输出至示波器显示；利用示波器可以测量相邻两个感应电动势信号的时间间隔，而感应电动势信号反应的是弹体过靶信息，两线圈靶⑶的靶距是固定的，利用平均速度法，即可测量得到弹体在两线圈靶(8)之间的平均速度。
全文摘要
本发明涉及水下弹体的电磁感应测速装置，一种利用电磁感应线圈靶实现高速水下弹体速度测试的装置，属于高速水弹道学和水中兵器技术领域。该装置包括电磁感应装置、信号处理电路和示波器；电磁感应装置包括线圈靶和靶架，线圈靶固定在靶架上；线圈靶包括壳体和线圈，壳体由内环、外环、上连接板和下连接板组成。本发明具有结构简单、受水介质特性干扰小、数据处理方便、精度较高、且对高速水中弹药的带空泡弹道无影响等优点，可以用于高速射弹等高速水中兵器的速度测试。
文档编号G01P3/50GK102608346SQ20121006517
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者仲霄, 卢熹, 王树山, 秦会国, 马峰 申请人:北京理工大学