一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，包括多个试验设备，及安装于试验设备中的车载光线系统试件，及粘贴于车载光线系统试件表面的多块应变片，及安装于车载光线系统试件表面的加速度传感器；所述应变片和加速度传感器分别通过多通道信号采集系统电连接至计算机；所述试验设备由振动和冲击试验系统和可程式恒温恒湿试验箱组成；所述振动和冲击试验系统包括试验振动台，及与试验振动台活动安装的力锤；所述力锤传动连接有动力机构；本实用新型专利技术的车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，用以探索车载光学系统内部金属反射镜、玻璃透镜等精密光学元件在振动冲击、高低温等复杂环境载荷下影响规律。

【技术实现步骤摘要】
一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统
本技术涉及一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，属于车载光学系统环境载荷影响分析

技术介绍
车载光学系统是信息化战争中搜索、观察和瞄准目标的精密设备，已经成为武器装备精确瞄准、跟踪与全方位精确打击的关键部件；然而，由于工作环境条件比较恶劣，武器装备性能受环境因素影响日益突出，尤其是高精度光学系统，受到外界环境的影响更加剧烈。外界振动载荷对车载瞄准镜的瞄准精度具有严重影响，比如随机振动导致的车载光学系统机械结构疲劳损伤，瞬态冲击振动引起的光学系统结构连接处的高强度应变应力；又如，坦克等装甲车辆在行驶过程中发生摔车事故时，瞬间产生巨大的冲击载荷，可能导致光学系统玻璃镜片破碎或产生裂纹等，以及冲击引起车载光学系统内部镜片发生刚性位移，进而影响光学系统的成像质量。与动态载荷振动相比，温度载荷属于静态载荷，其对光学系统性能的影响不会立刻表现出来，但久而久之温度载荷产生的内应力等对光电系统也具有严重影响，主要体现在以下几个方面：一是由于光学系统结构之间的热膨胀系数存在差异，当环境温度均匀变化时会引起光学元件内部产生应力应变；二是光学玻璃材料导热性能较差，会在光学元件内部形成温度梯度，导致镜片面形等尺寸结构发生变化，进而影响成像质量；总之，温度载荷会使车载光学系统的结构参数发生变化，影响装备的可靠性和环境适应性；因此有必要针对环境载荷对光学系统的影响机理进行深入研究，获得其在振动与温度载荷作用下的影响规律，为车载瞄准镜的结构优化设计及性能评估提供参考，提高车载光学系统的环境适应性和工作可靠性。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出了一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，用以探索车载光学系统内部金属反射镜、玻璃透镜等精密光学元件在振动冲击、高低温等复杂环境载荷下影响规律，优化车载光学系统结构设计。本技术的车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，包括多个试验设备，及安装于试验设备中的车载光线系统试件，及粘贴于车载光线系统试件表面的多块应变片，及安装于车载光线系统试件表面的加速度传感器；所述应变片和加速度传感器分别通过多通道信号采集系统电连接至计算机；所述试验设备由振动和冲击试验系统和可程式恒温恒湿试验箱组成；所述振动和冲击试验系统包括试验振动台，及与试验振动台活动安装的力锤；所述力锤传动连接有动力机构，力锤由电动或气动的动力机构进行驱动，分别可对应进行电动振动试验和气动垂直冲击试验，具体包括脉冲波扫频试验、随机振动试验和瞬态冲击试验；所述车载光线系统试件分别通过夹持组件固定于振动和冲击试验系统的试验振动台和可程式恒温恒湿试验箱中，其中，试验台振动台最大负载50kg，工作台面尺寸500mm×500mm，冲击沿垂直方向，脉冲波形为半正弦、后峰锯齿、梯形，峰值加速度150～5000m/s2，脉冲持续时间40～1.5ms，最大碰撞频次为100次/分；力锤量程为5kN，灵敏度为4pc/N，力锤长度为220mm，输出接头为L5，锤头材质为橡胶；可程式恒温恒湿试验箱温度范围：-40℃～150℃，湿度范围：20％RH～98％RH，温湿度控制精度：±0.5℃；±3％RH，温湿度分布均匀：±2℃；±5％RH，加温时间：从室温至150℃时，约40分钟(无负载状态下)，降温时间：从室温至-40℃时，约65分钟(无负载状态下)，内箱测试区尺寸：50cm×60cm×50cm(W×H×D)，测试箱门：60cm×70cm(W×H)，共1扇。进一步地，所述车载光线系统试件包括金属材质的主反射镜和玻璃材质的光学透镜。进一步地，所述应变片为电阻应变片，其由电阻丝、基底、覆盖层和引线组成；所述应变片、桥式应变传感器及其外围电路组成用于测量电路板重要元器件安装位置附近表面横向及纵向的动态应变以及元器件本身表面横向和纵向动态应变的桥式电路，供桥电压可在±1V、±2.5V、±5V、±12V分档切换，供桥电压精度为0.1％，供桥电压稳定度小于0.05％/小时，供桥电压最大输出电流50mA，电阻应变片的阻值范围为50Ω～10000Ω，桥路方式采用三线制1/4桥，应变满度值范围为：±3000με、±10000με、±30000με。进一步地，所述加速度传感器包括微型压电式加速度传感器和单向振动压电传感器；所述微型压电式加速度传感器安装于主反射镜表面；所述单向振动压电传感器安装于主反射镜表面及试验振动台其台面上，微型压电式加速度传感器可测试车载光学系统主反射镜表面加速度响应，传感器灵敏度为0.15pc/ms-2，最大测量加速度为20000m/s2，频率范围为1-20kHz，重量仅为1g，通过粘贴方式安装，外形尺寸为φ6.6×7.6，适用于小型构件振动测量。进一步地，所述多通道信号采集系统包括机箱，及安装于机箱内部的DSP主控模块、电源模块、数据采集处理模块、数据存储模块以及有线、无线网络数据通信模块；所述机箱其箱体上设置有传感器接口、充电器接口和以太网络接口，多通道信号采集系统的控制通讯方式有3种，而且可以实现无缝切换工作模式，其包括脱机工作和联机工作的有线、无线通信；脱机工作采用手动线控方式，可以通过专用线控装置或者面板按键手动控制数据采集与数据存储程序工作，实际工作时设备的采集参数会沿用最后一次配置，适用于空间不够、人手不足的试验测试场合；联机工作需在计算机与主控模块处于通讯状态下进行，包括有线网络通信与无线网络通信两种模式，可实现计算机远程设置数据采集处理设备的工作参数，实时显示和存储数据，便于在新型武器装备试验或实弹射击等危险环境下使用。再进一步地，所述DSP主控模块包括TMS320C6720模块及其外围电路，TMS320C6720模块具有强大数据处理和高速运算的能力，该模块基于FPGA技术进行硬件设计，并通过板载双口IDT7132-RAM程序存储器实现DSP的各种功能，包括控制传感器信号的采集、处理、存储，并与通信、电源管理以及人机接口等功能模块交互运行；对DSP的功能编程采用的是C++语言，DSP主程序主要实现与采样芯片AD7767的数据交换，完成采样数据的高速传输；完成采样通道的各种硬件配置；完成对网络传输模块的初始化、以太网、无线网数据包发送和接收等操作；所述电源模块由电源充电器、锂电池管理模块、数字部分电源、模拟部分电源和电源转换模块构成，锂电池管理模块，可管理电源模块为数字电路部分(DSP主控模块，含SD卡)与模拟电路部分(信号处理模块)供电，保证系统正常运行，电源模块可为采集处理设备提供±1V、±2.5V、±5V、±12V直流电源；一旦锂电池电量用完，可使用充电器接入220V/50Hz市电给采集处理设备内部的锂电池充电，锂电池参数：标称值为7.2V，7000mA；所述电源转换模块由LM317LZ电源转换芯片及其外围电路构成；所述数据采集处理模块由八组独立的A/D转换器及配套的实时信号调理系统构成；所述A/D转换器为14位的AD7767采样芯片，数据采集处理模块由8个通道组成，每通道均采用独立的A/D转换器及配套的实时信号调理系统，实现多通道同步并行采样，且采样速率不受通道数限制，通道间无串扰影响，并在DSP的控制下实现采集数据的存储与远程传输；数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，其特征在于：包括多个试验设备，及安装于试验设备中的车载光线系统试件，及粘贴于车载光线系统试件表面的多块应变片，及安装于车载光线系统试件表面的加速度传感器；所述应变片和加速度传感器分别通过多通道信号采集系统电连接至计算机；所述试验设备由振动和冲击试验系统和可程式恒温恒湿试验箱组成；所述振动和冲击试验系统包括试验振动台，及与试验振动台活动安装的力锤；所述力锤传动连接有动力机构；所述车载光线系统试件分别通过夹持组件固定于振动和冲击试验系统的试验振动台和可程式恒温恒湿试验箱中。

【技术特征摘要】
1.一种车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，其特征在于：包括多个试验设备，及安装于试验设备中的车载光线系统试件，及粘贴于车载光线系统试件表面的多块应变片，及安装于车载光线系统试件表面的加速度传感器；所述应变片和加速度传感器分别通过多通道信号采集系统电连接至计算机；所述试验设备由振动和冲击试验系统和可程式恒温恒湿试验箱组成；所述振动和冲击试验系统包括试验振动台，及与试验振动台活动安装的力锤；所述力锤传动连接有动力机构；所述车载光线系统试件分别通过夹持组件固定于振动和冲击试验系统的试验振动台和可程式恒温恒湿试验箱中。2.根据权利要求1所述的车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，其特征在于：所述车载光线系统试件包括金属材质的主反射镜和玻璃材质的光学透镜。3.根据权利要求1所述的车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，其特征在于：所述应变片为电阻应变片，其由电阻丝、基底、覆盖层和引线组成；所述应变片、桥式应变传感器及其外围电路组成用于测量电路板重要元器件安装位置附近表面横向及纵向的动态应变以及元器件本身表面横向和纵向动态应变的桥式电路。4.根据权利要求1所述的车载光学系统环境载荷影响机理分析试验系统，其特征在于：所述加速度传感器包括微型压电式加速度传感器和单向振动压电传感器；所述微型压电式加速度传感器安装于主反射镜表面；所述单向振动压电传感器安装于主反射镜表面及试验振动台其台面上。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：任国全，周冰，宣兆龙，任成才，王怀光，范红波，武东生，刘爱伟，吴定海，吴守军，韩兰懿，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：新型
国别省市：河北,13