一种抗瞬时强光干扰的速度测量装置及方法

1.本发明涉及高速度发射体速度测量技术领域，具体涉及一种抗瞬时强光干扰的速度测量装置及方法。


背景技术：

2.基于光学的速度测量手段具有方案简单造价低廉等优点，其中基于激光的主动探测手段因具有高精度的优点被应用于高速发射体速度测量之中。而高速发射体在发射过程中，尤其是以火药或者电磁推动的高速发射体，在脱离发射腔口部的瞬间会产生大量光，且光强度很大，并覆盖各波段光。光探测器在该强光作用下易产生饱和效应，使探测器饱和而暂时失效，而光探测器从过饱和状态恢复到正常探测需要一定的恢复时间，在光探测器恢复时间内，若发射体到达或越过测量区位，便会造成检测失败。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的速度测量装置难以抗瞬时强光干扰而易造成检测失败的缺陷。
4.为解决上述技术问题，本技术提供了一种抗瞬时强光干扰的速度测量装置，包括：
5.箱体，在一面上开设有第一光幕开口和第二光幕开口；第一光幕开口和第二光幕开口之间具有间隔；
6.第一激光发射器，与箱体固定连接，第一激光发射器的发射端朝向第一光幕开口外部；
7.第一光探测器，设置于箱体内，且位于第一光幕开口正下方；第一光探测器的探测端朝向第一光幕开口，并与第一光幕开口之间具有间距；
8.第二激光发射器，与箱体固定连接，第二激光发射器的发射端朝向第二光幕开口外部；
9.第二光探测器，设置于箱体内，且位于第二光幕开口正下方；第二光探测器的探测端朝向第二光幕开口，并与第二光幕开口之间具有间距；
10.检测控制器，与第一光探测器和第二光探测器两者通信连接。
11.可选地，第一激光发射器和第二激光发射器均设置于箱体内。
12.可选地，第一激光发射器与第一光探测器并排且紧邻设置；第二激光发射器与第二光探测器并排且紧邻设置；第一激光发射器和第二激光发射器均为脉冲式激光发射器。
13.可选地，第一光幕开口为长条孔，第一激光发射器与第一光探测器的并排方向与第一光幕开口的走向相同；第二光幕开口为长条孔，第二激光发射器与第二光探测器的并排方向与第二光幕开口的走向相同。
14.可选地，第一光幕开口与第二光幕开口平行设置，第一光幕开口与第二光幕开口两者的中点对齐。
15.可选地，在箱体内设置有电池，电池分别与第一激光发射器、第一光探测器、第二
激光发射器和第二光探测器形成电连接。
16.可选地，在箱体内设置有隔板，从而将箱体内腔分隔为第一腔和第二腔，第一光幕开口开设在所述第一腔，第二光幕开口开设在所述第二腔。
17.可选地，第一激光发射器和第二激光发射器两者发射的激光波长不同。
18.本技术还提供了一种抗瞬时强光干扰的速度测量方法，对于从发射腔射出的发射体进行测速，使用前述的抗瞬时强光干扰的速度测量装置，并包括如下步骤：
19.s1：调整箱体位置与姿态，使第一光幕开口与第二光幕开口的间隔方向与发射腔轴向平行，并使发射体的行进路线跨越第一光幕开口与第二光幕开口的上方；
20.s2：射出发射体，第一光探测器检测发射体经过第一光幕开口的时间t2，第二光探测器检测发射体经过第二光幕开口的时间t3；
21.s3：检测控制器收集t2和t3并计算时间差δt＝∣t2－t3∣，并根据第一光幕开口与第二光幕开口的间距d，计算发射体的速度s＝d/δt。
22.可选地，在步骤s2中，使用发射控制器触发发射腔进行发射，发射体在触发后于发射腔内的存留时间为t0，发射体脱离发射腔时所产生强光的维持时间为t1，发射控制器在进行触发时向检测控制器发送同步触发信号，检测控制器在得到同步触发信号后再经过t0+t1时间后开启第一光探测器和第二光探测器，抗瞬时强光干扰的速度测量装置距发射腔口部之间的距离大于发射体射出后经过t1时间的行进距离。
23.通过采用上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
24.1.本发明提供的抗瞬时强光干扰的速度测量装置，通过使光探测器置于箱体内，从而在发射腔口部出现强光时，箱体可直接遮蔽强光照射在光探测器上。而光探测器的探测端距离箱体上的光幕开口存在一定的间距，使光幕开口大体上仅能令垂直于开口方向的光线射入到光探测器的探测端，而因发射腔和本测量装置间通常具有一定距离，故强光在外界环境中、比如在墙壁上产生的反射光也很难照射至光探测器的探测端，避免了瞬时强光的相应干扰。此外因光幕开口的狭窄而使光探测器接收光的范围和总量受到一定限制，故本装置采用两套相配合的激光发射器和光探测器，其发射端和探测端均指向光幕开口外部，使得发射体掠过光幕开口上方时被可靠地照射并产生反射光波，确保了发射体被准确测量到。
25.2.本发明提供的抗瞬时强光干扰的速度测量方法，通过合理调节测量装置与发射腔口部的间距，并控制光探测器以延时开通的方式，在强光熄灭后再启动工作去检测发射体的掠过时刻，从而合理避开了强光对光探测器的饱和效应干扰，从根本上杜绝强光干扰的可能性，提高了速度测量装置的测量准确性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例的结构示意图；
28.图2为本发明实施例的使用状态示意图。
29.附图标记说明：
30.1、第一光幕开口；2、第二光幕开口；3、第一激光发射器；4、第一光探测器；5、第一激光发射器和光探测器基座；6、第二光探测器；7、第二激光发射器；8、第二激光发射器和光探测器基座；9、检测控制器；10、电池；11、箱体；12、发射腔；13、发射控制器；14、信号传输线缆；16、发射体；17、抗瞬时强光干扰的速度测量装置。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.本实施例提供一种抗瞬时强光干扰的速度测量装置。
36.在一种实施方式中，如图1所示，其包括箱体11、第一激光发射器3、第一光探测器4、第二激光发射器7、第二光探测器6和检测控制器9。箱体11在一面上开设有第一光幕开口1和第二光幕开口2。第一光幕开口1和第二光幕开口2之间具有间隔。第一激光发射器3与箱体11固定连接，第一激光发射器3的发射端朝向第一光幕开口1外部。第一光探测器4设置于箱体11内，且位于第一光幕开口1正下方。第一光探测器4的探测端朝向第一光幕开口1，并与第一光幕开口1之间具有间距。第二激光发射器7与箱体11固定连接，第二激光发射器7的发射端朝向第二光幕开口2外部。第二光探测器6设置于箱体11内，且位于第二光幕开口2正下方。第二光探测器6的探测端朝向第二光幕开口2，并与第二光幕开口2之间具有间距。检测控制器9与第一光探测器4和第二光探测器6两者通信连接。
37.本实施例还提供一种抗瞬时强光干扰的速度测量方法，参照图2所示，其对于从发射腔12射出的发射体16进行测速，使用前述的抗瞬时强光干扰的速度测量装置17。
38.在一种实施方式中，其包括如下步骤：
39.s1：调整箱体11位置与姿态，使第一光幕开口1与第二光幕开口2的间隔方向与发射腔12轴向平行，并使发射体16的行进路线跨越第一光幕开口1与第二光幕开口2的上方；
40.s2：射出发射体16，第一光探测器4检测发射体16经过第一光幕开口1的时间t2，第二光探测器6检测发射体16经过第二光幕开口2的时间t3；
41.s3：检测控制器9收集t2和t3并计算时间差δt＝∣t2－t3∣，并根据第一光幕开口1
与第二光幕开口2的间距d，计算发射体16的速度s＝d/δt。
42.该装置的具体原理，以发射体16掠过第一光幕开口1为例，当发射体16跨越时受到第一光探测器4照射，于是产生相应的反射光波，最终被第一光探测器4接收到，因为光速远大于发射体16速度，从而可以认为接收反射波的时刻便是发射体16的掠过时刻，通过发射体16跨越第一光幕开口1和第二光幕开口2的时间差以及两开口的间距，便可计算发射体16的相应速度。
43.该装置通过使光探测器置于箱体11内，从而在发射腔12口部出现强光时，箱体11可直接遮蔽强光照射在光探测器上。而光探测器的探测端距离箱体11上的光幕开口存在一定的间距，使光幕开口大体上仅能令垂直于开口方向的光线射入到光探测器的探测端，而因发射腔12和本测量装置间通常具有一定距离，故强光在外界环境中、比如在墙壁上产生的反射光也很难照射至光探测器的探测端，避免了瞬时强光的相应干扰。此外因光幕开口的狭窄而使光探测器接收光的范围和总量受到一定限制，故本装置采用两套相配合的激光发射器和光探测器，其发射端和探测端均指向光幕开口外部，使得发射体16掠过光幕开口上方时被可靠地照射并产生反射光波，确保了发射体16被准确测量到。
44.以上述测量装置的实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，参见图1所示，第一激光发射器3和第二激光发射器7均设置于箱体11内。尽管激光发射器本身不会受到强光影响，故可以设置在箱体11外部，但本装置毕竟具有箱体11，箱体11除了具有遮光作用，还可发挥保护作用，因此优选将激光发射器放置在箱体11内以保护娇贵的核心器件。
45.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，参见图1所示，第一激光发射器3与第一光探测器4并排且紧邻设置；第二激光发射器7与第二光探测器6并排且紧邻设置；第一激光发射器3和第二激光发射器7均为脉冲式激光发射器。激光发射器与光探测器并排且紧邻设置，都固定在第一检测器基座5或第二检测器基座8上，从而整体构成一个检测器，该检测器的发射源和接收部大体处于同一位置上，外加上激光发射器采用脉冲式发射后，便可成为激光雷达，通过计算单个脉冲激光的折返总时间，便可得知发射体16的距离信息，也就可确定发射体16在光幕开口上方的坐标数据，通过计算发射体16在前后两个光幕开口的坐标便可得知发射体16的运动路径。尽管本装置在使用时应确保两个光幕开口与发射腔12的对中与平行度，但实际操作时难免存在偏差，从而使根据开口距离计算的速度值出现小幅误差；且因为自由落体现象，发射体在运动中也存在下降的运动分量，因此准确得知发射体16在光幕开口上方的坐标数据，可以提高速度测量的精确度。
46.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，参见图1所示，第一光幕开口1为长条孔，第一激光发射器3与第一光探测器4的并排方向与第一光幕开口1的走向相同；第二光幕开口2为长条孔，第二激光发射器7与第二光探测器6的并排方向与第二光幕开口2的走向相同。激光发射器和光探测器并排设置后，虽可选择以更大直径的光幕开口来覆盖激光发射器和光探测器的发射与接收区，但是因为垂直于并排方向上的开口尺寸变大，使得光探测器接收光的范围变大，从而更易被外界强光、尤其是强光在环境中的折射光射入，最终干扰光探测器。因此采用仅增加并排方向尺寸的长条孔可有效缩小光探测器的接收范围，避免强光干扰。
47.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，参见图1所示，第一光幕开口1与第二光幕开口2平行设置，第一光幕开口1与第二光幕开口2两者的中点对齐。类似上段所
述，这样设置后确保第一光幕开口1与第二光幕开口2两者的中点连线，即发射体16应当跨越的路线，可垂直于光幕开口长条孔的走向，从而尽量收窄光探测器在发射体16行进路线上的探测范围，避免强光在反射后照射到光探测器而产生干扰。
48.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，参见图1所示，在箱体11内设置有电池10，电池10分别与第一激光发射器3、第一光探测器4、第二激光发射器7和第二光探测器6形成电连接。本装置在箱体11内设置电池之后便具有了便携性，因高速发射体的测试场地普遍较大，便携化的速度测量装置可根据需要在场内选位摆放，增加了本装置的适用性。
49.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，在箱体11内设置有隔板(为清晰表述核心部件的位置，未在图1中示出隔板)，从而将箱体11内腔分隔为第一腔和第二腔，第一光幕开口1开设在所述第一腔，第二光幕开口2开设在所述第二腔。如果箱体11内没有隔绝，则靠近发射腔12的光幕开口便可能使强光的折射光照射到位于后方另一光幕开口之下的光探测器上，从而产生干扰，故设置隔板杜绝这种情况的发生，保证测试正常进行。
50.以上述实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，第一激光发射器3和第二激光发射器7两者发射的激光波长不同。这样设置是为了避免两套激光发射器和光探测器之间的相互干扰，当两个光幕开口间距过近时，可能产生一个光幕开口内的光探测器接收到另一光幕开口内激光发射器的反射光，如果两个激光发射器波长一致则会产生干扰，因此采用不同波长激光之后，各自的光探测器只检测对应波长的反射光，则可避免两套装置的相互干扰。
51.以前述的关于测量方法的实施方式为基础，在一种优选的实施方式中，如图2所示，在步骤s2中，使用发射控制器13触发发射腔12进行发射，发射体16在触发后于发射腔12内的存留时间为t0，发射体16脱离发射腔12时所产生强光的维持时间为t1，发射控制器13在进行触发时通过信号传输线缆14向检测控制器9发送同步触发信号，检测控制器9在得到同步触发信号后再经过t0+t1时间后开启第一光探测器4和第二光探测器6，抗瞬时强光干扰的速度测量装置17距发射腔12口部之间的距离大于发射体16射出后经过t1时间的行进距离。
52.该测量方法通过合理调节测量装置与发射腔12口部的间距，并控制光探测器以延时开通的方式，在强光熄灭后再启动工作去检测发射体16的掠过时刻，从而合理避开了强光对光探测器的饱和效应干扰，从根本上杜绝强光干扰的可能性，提高了速度测量装置的测量准确性。
53.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。