高速弹丸测速装置的制作方法

本发明属于弹丸测速技术，具体涉及一种高速弹丸测速装置。

背景技术：

弹丸初速是武器战术性能技术指标中一项非常重要的参数。现有的弹丸测速方法有雷达测速，高速摄像，锡箔纸通断靶测速等。在弹丸初速高于1200米每秒时，对于弹丸的初速测试，相比于高速摄像为了采集到弹丸的速度画面必须采用非常高帧速率的摄影机，以及雷达测速装置相当高的造价，通断靶测速电路造价则低廉非常多。然而普通的测速电路由于炮口冲击波产生的电离场影响，会使弹丸测速失去准度。在锡箔纸通断靶测速中，若直接对靶纸处的电压变化进行信号采样，则同样需要使用高速采样ad才能满足采集到炮口冲击波所造成的电离场变化，对ad的采样速率要求相当高。

传统锡箔纸通断靶测速装置在测量高速弹丸初速上难以在造价低廉与测速准度上找到平衡。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高速弹丸测速装置，解决了传统通断靶测速装置在测量高速弹丸时容易收到炮口冲击波电力场影响而失去测量精度的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高速弹丸测速装置，包括第一高速电压比较电路、第二高速电压比较电路、数据处理电路和数据传输通信电路；第一高速电压比较电路包括第一分压电路、第二分压电路、第一高速比较器u1、第一滤波电路和第一电容c1。第一分压电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及第二电容c2。

第二分压电路包括第四电阻r4、第六电阻滑动变阻器r6和第四电容c4；第一滤波电路包括串联的第五电阻r5和第三电容c3；第一分压电路的第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3串联连接，第二电容c2与第三电阻r3并联，第三电阻r3和第二电容c2连接于点5；第一高速比较器u1的引脚3连接点5；第二分压电路的第四电阻r4和滑动变阻器r6串联，第四电容c4与滑动变阻器r6并联；第四电阻r4和滑动变阻器r6连接与点2；第一高速比较器u1的引脚2连接至点2，第一高速比较器u1的引脚2连接点2；第一高速比较器u1引脚4和引脚8接地，第一滤波电路的第五电阻r5一端连接第一高速比较器u1引脚6另一端连接数据处理电路；第一高速比较器u1的引脚7并联第一电容c1连接至电源正3.3v；第一电阻r1与第二电阻r2连接与点1；第一测试端口t1串联第一磁珠fb1连接至点1；第一高速比较器u1的其余引脚不使用。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明采用高速电压比较器，可以测量到10ns以上的电压变化，可以准确测量高速弹丸的速度。

（2）本发明可以通过调整fpga即spartan6-xc6slx16内的系统时钟，达到不同的时间精度，以满足不同弹丸速度测量精度的要求。

（3）本发明可以实现通断靶的自适应切换，无需人工调整。

（4）本发明可以记录靶纸处的电压变化情况，有效排除炮口冲击波电离场的影响。

（5）本发明可以有效实现数据压缩，不需要采用高速采样ad采集测试点的电压变化，通过高速比较器直接设定阈值，再由fpga直接记录由高速比较器输出的电平高低的两种状态，替代通过ad采样后再由fpga进行数据处理压缩的繁琐过程，实现波形数据的数据压缩。

附图说明

图1为本发明高速弹丸测速装置结构图。

图2为本发明的第一高速电压比较电路示意图。

图3为本发明的第二高速电压比较电路示意图。

图4为本发明的数据通信传输电路示的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，一种高速弹丸测速装置，包括第一高速电压比较电路、第二高速电压比较电路、数据处理电路和数据传输通信电路；第一高速电压比较电路包括第一分压电路、第二分压电路、第一高速比较器u1、第一滤波电路和第一电容c1。第一分压电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及第二电容c2。第二分压电路包括第四电阻r4、第六电阻滑动变阻器r6和第四电容c4。第一滤波电路包括串联的第五电阻r5和第三电容c3。第一分压电路的第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3串联连接，第二电容c2与第三电阻r3并联，第三电阻r3和第二电容c2连接于点5。第一分压电路的输入电压为正9伏，点5的分压为3伏。第一高速比较器u1的引脚3连接点5。第二分压电路的第四电阻r4和滑动变阻器r6串联，第四电容c4与滑动变阻器r6并联。第四电阻r4和滑动变阻器r6连接与点2。第一高速比较器u1的引脚2连接至点2，第二分压电路的输入电压为正5伏，点2的分压可以通过滑动变阻器滑动调节。第一高速比较器u1的引脚2连接点2。第一高速比较器u1引脚4和引脚8接地，第一滤波电路的第五电阻r5一端连接第一高速比较器u1引脚6另一端连接数据处理电路。第一高速比较器u1的引脚7并联第一电容c1连接至电源正3.3v。第一电阻r1与第二电阻r2连接与点1。第一测试端口t1串联第一磁珠fb1连接至点1。第一高速比较器u1的其余引脚不使用。

结合图3，第二高速电压比较电路包括第三分压电路、第四分压电路、第二高速比较器u2、第二滤波电路和第五电容c5。第三分压电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第六电容c6。第四分压电路包括第十电阻r10、第十二电阻滑动变阻器r12和第八电容c8。滤波电路包括串联的第十一电阻r11和第七电容c7。第三分压电路的第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9串联连接，第六电容c6与第九电阻r9并联，第九电阻r9和第六电容c6连接于点6。第三分压电路的输入电压为正9伏，点6的分压为3伏。第二高速比较器u2的引脚3连接点6。第四分压电路的第十电阻r10、第十二电阻滑动变阻器r12串联，第八电容c8与第十二电阻滑动变阻器r12并联。第四分压电路的输入电压为正5伏。第十电阻r10与第十二电阻滑动变阻器r12连接于点4，点4的分压可以通过第十二电阻滑动变阻器r12滑动调节。第二高速比较器u2的引脚2连接点4。第二高速比较器u2引脚4和引脚8接地，滤波电路的第十一电阻r11一端连接第二高速比较器u2引脚6另一端连接数据处理电路。第二高速比较器u2的引脚7并联第五电容c5连接至电源正3.3v。第七电阻r7与第八电阻r8连接与点3，第二测试端口t2串联第一磁珠fb1连接至点3。第二高速比较器u2的其余引脚不使用。

数据处理电路采用xilinxfpga开发板xc6slx16核心板。

结合图4，数据传输通信电路包括第四控制器u4、第十电容c10、第十二电容c12、第十三电容c13和插座db9。第四控制器u4型号为max3232cse，第四控制器u4的引脚1和引脚3通过第十电容c10连接，引脚4和引脚5通过第十二电容c12连接。第四控制器u4的引脚2连接串联第十一电容c11接正3.3伏，引脚16直接连接正3.3伏。第四控制器u4的引脚11为数据输入引脚，数据输入来自数据处理电路处理后的数据，引脚12未使用，引脚14为数据发送引脚，连接至插座db9端口的引脚2，引脚13为数据接收端口，引脚13连接插座db9端口的引脚3，数据接收功能在该装置中不使用。u4的引脚6串联第十三电容c13后接地，引脚15直接接地。其余未描述引脚皆不使用。

第一高速电压比较电路的测试端口t1和第二高速电压比较电路的测试端口t2分别连接到第一靶纸和第二靶纸的正极，第一靶纸和第二靶纸的负极与高速弹丸测速装置整体共地。在弹丸测速试验中进行通靶测试时，在弹丸未穿过靶纸时，第一高速比较器u1和第二高速比较器u2各自的引脚3保持高电平3伏，当弹丸穿过第一靶纸时，第一靶纸的正负极短接，第一测试端口t1接地，第一高速比较器u1的引脚3的输入电平变为0伏，第一高速比较器u1的引脚6的输出电平会由高电平变为低电平，第一高速比较器u1的引脚6连接至数据处理电路的引脚，由数据处理电路记录并处理第一高速比较器u1的引脚6的电平变化时间，记为时间一。当弹丸穿过第二靶纸时，第二靶纸的正负极短接，第二测试端口t2接地，第二高速比较器u2的引脚3输入电平变为0伏，第二高速比较器u2的引脚6的输出电平会由高电平变为低电平，第二高速比较器u2的引脚6连接至数据处理电路的io2引脚，由数据处理电路记录并处理第二高速比较器u2的引脚6的电平变化时间，记为时间二。时间一和时间二的时间间隔即为弹丸通过第一靶纸和第二靶纸的时间。

数据处理电路在检测到第一高速比较器u1的引脚6的电平发生变化时，内部逻辑进行计数和记录。计数的功能实现方式为：当数据处理电路捕获到其io1的电平由高变低时，计数器开始计数，当数据处理电路捕获到io2的电平由高变低，计数器停止计数。计数时间即为弹丸穿过第一靶纸和第二靶纸的时间。数据处理电路的引脚io1和引脚io2的电平状态记录的功能实现方式为：数据处理电路内部的fifo存储器持续写入io1的电平状态，在io1没有发生电平变化时，数据处理电路内部的fifo存储器的数据写满时从首地址覆盖重新写入数据，当数据处理电路的io1发生电平变化时，数据处理电路内部的fifo存储器在数据写满时将fifo存储器的全部数据写入ddr3-sdram内记录,数据处理电路内部的fifo存储器重新从首地址写入新数据，并且每次写满fifo存储器后都将数据写入ddr3-sdram。当数据处理电路的io2的电平也由高变为低时，数据处理电路内部的fifo在数据写满整个存储空间后不再写入数据，同时ddr3-sdram记录完最后一个fifo的数据后ddr3-sdram也不再从数据处理电路内部的fifo读取数据。记录的波行数据都通过第四控制器u4实时传输至pc端，pc端可以同时显示弹丸通过测速靶的时间和测试端口的电平变化，通过记录电平变化，可以有效看出数据处理电路计数时间是否与实际弹丸速度相符。在没有炮口冲击波的影响下，直接由数据处理电路计数的时间与记录波形1和波形2两者的收个下降沿时间间隔相等。当测速装置收到炮口冲击波影响时，由于炮口冲击波产生的电离场的影响，第一测速靶和第二测速靶的正负极会短暂形成短接，导致数据处理电路内部计数开始时间提前，这时通过观察记录的波形数据就可剔除由于炮口冲击波导致的时间提前量。

对于通断靶的测量，在进行通靶测试时，高速比较器的测试端口与地不相连，高速比较器输出的比较电压为高电平，在弹丸穿过时，电平由高变低。在进行断靶测试时，高速比较器的测试端口与地相连，高速比较器输出的初始比较电压为低电平，在弹丸穿过时，电平由低变高。在数据处理电路内可设置一三态门，在高速电压的比较器的输出初始比较电压为高电平时，检测电压变化的下降沿，在高速电压的比较器的输出初始比较电压为低电平时，检测电压变化的上升沿。

本发明可以有效观察到弹丸穿过靶纸时引起的测试端口变化是否收到炮口冲击波的电力场影响，同时通过高速电压比较器设定阈值检测电平变化状态省去使用高速采样ad，对电压变化的数据采集实现数倍压缩。同时可以实现通断靶的自适应，减少人工通断靶的手工切换。