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PCI8501在弹丸激波测量中的应用

日期:2019-12-10 15:37
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摘要: 摘 要: 采用高速数据采集卡PCI8501进行数据采集,保存为离线数据。用labVIEW开发激波数据采集系统,经实弹射击现场试验并对采集的数据进行放大、滤波处理后,得到的波形较好地再现了弹丸穿过靶区瞬间的激波,为实现高精度定位报靶奠定了良好的基础。 1 、前言 根据空气动力学原理,当运动物体的运动速度大于局部声速时会产生冲击波,弹道声波是超声速弹丸飞行时冲击空气分子所形成的激波。采用激波原理进行报靶是一项具有挑战性的技术,利用激波信号进行超音速飞行体探测,是一种新的目标探测方法。国内外都对此...

 要:

采用高速数据采集卡PCI8501进行数据采集,保存为离线数据。用labVIEW开发激波数据采集系统,经实弹射击现场试验并对采集的数据进行放大、滤波处理后,得到的波形较好地再现了弹丸穿过靶区瞬间的激波,为实现高精度定位报靶奠定了良好的基础。

1 、前言

根据空气动力学原理,当运动物体的运动速度大于局部声速时会产生冲击波,弹道声波是超声速弹丸飞行时冲击空气分子所形成的激波。采用激波原理进行报靶是一项具有挑战性的技术,利用激波信号进行超音速飞行体探测,是一种新的目标探测方法。国内外都对此技术进行了研究,但能以低成本成功应用到实际射击训练中的还很少。本文针对此项技术原理,采用了结合高速数据采集卡,运用虚拟仪器技术进行了初期信号采集及其验证分析。

2、 问题的提出以及方案选择

要提高报靶精度,关键是要测量弹丸穿越靶区瞬间的位置,弹丸飞行速度极快,用其他方法难以对其进行跟踪,因此采用激波实现报靶,根据声学原理,采用测量超声速飞行的弹丸在空气中激发的弹道波实现定位。但是,弹丸在穿过靶区的瞬间是否存在激波,其信号特征如何,强度究竟有多?这成了技术实现的首要问题。

本文构建的数据采集系统如图1所示,由信号采集传感器、信号处理、数据采集卡、PC计算机组成,具有显示打印功能。

 

1 激波数据采集系统结构

高速瞬态的弹丸信号被传感器捕获并进行信号处理后,送入计算机进行数据采集。接收信号传感器把微弱的弹道压力信号转换成微弱的电信号,然后经信号放大电路进行放大,再经二阶高通滤波电路滤除低频干扰信号,转换为0~10V电压信号,符合数据采集卡量程范围,经数据采集卡的A/D转换器把模拟信号变成数字信号,计算机进行相应的数据采集和显示。

3 、硬件选型

为了进行信号捕捉,需要采用合适的信号采集及信号处理电路,这里采用超声波探头作为接收头,当外在信号能达到其激振状态时,就能产生40KHZ的信号。探头无需供电即可工作。由于外界的震动、风吹等产生的干扰信号需要滤除,因此采用了二阶高通滤波电路。

这里假定弹道会出现激波,判断激波信号频率特征要高于声频。声音信号高频率为20KHz,那么如果信号特征在20KHz左右,则以200KS/s的速度就足以采集和恢复频率信号了。阿尔泰公司高速数据采集卡PCI-8501提供了8路同步输入端,每通道高采样速度为800K S/s,高速的采样率适用于采集动态信号。PCI-8501具有分辨率为16位。大电压输入范围为-10V~+10V,可以有多种输入范围选择,此卡的多功能性和灵活性非常适合用于激波采集,因此在本系统中采用PCI-8501进行数据的高速采集。

4 、软件设计

采用DAQmx函数操作,包括创建采集任务、设置输入缓存大小、配置触发方式、启动AD转换、读取和保存波形数据、停止AD、删除任务、错误处理等节点的搭配。由于本数据采集任务为高速瞬态的数据采集,因此需要设置一个大的输入缓存,否则程序就会报错,本设计在编程时设置输入缓存为2M字节。由于二进制的数据体积小,可以节约磁盘空间,并且存取速度快,因此数据保存采用二进制方式保存。如果需要在线处理数据或者观测频谱图,可以添加相应的函数功能,非常方便。由于自主研发的传感器输出有效信号为0~+10V,故在配置数据采集任务时应配置其为同样的范围,数据采集程序如图3所示。

 

3 数据采集程序

5、 数据分析

本文试验采用了超声波探头,分别在不同距离(30米、60米)进行了实弹射击试验,根据对目标射击的角度不同,分为直接正对目标和朝目标外面射击,对采集的波形进行了整理,得出了外观明显不同的图示。从图片的波形外形分析可以得出结论,穿越靶子中心时,弹丸的确能产生激波,而朝靶外射击时,则得到的波形是枪膛声音影响的结果。我们利用这种思想来设计相应的电路,实现了枪弹和炮弹的报靶。

4 30米目标外面

5 30米正对目标

6 60米目标外面

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