【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及类似线性尺寸的计量或角度的计量，尤其涉及一种基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置及方法。
技术介绍
1、车载火炮保持灵活机动的同时，完成对目标的精准打击尤为重要。精准打击目标的关键就是对行进时火炮炮口偏移量的精确测量。因此，研究行进间火炮炮口的振动具有重要意义。目前测量炮口偏移量的方法有望远镜法、电涡流法、基于位置敏感探测器（position sensitive detector，psd）的弯管步进方法、激光测振仪法等，这些方法受到自身原理及器件的限制，均不能实现行进间火炮炮口平动和转动的实时精确测量。
2、望远镜法需要人工瞄准，自动化程度低，误差大；电涡流法测量范围小，且不能测量炮口的往复运动；基于psd的弯管步进方法对定心环的依赖性强，误差大；激光测振仪会受到被测物的表面粗糙度、颜色和反射率的影响，导致误差增大。且上述方法均只能测量静止情况下的炮口偏移状态，而不能测量行进间的炮口偏移量状态。
技术实现思路
1、为克服现有静态测量炮口偏移量的装置误差大且无法测量行进间的炮口偏移量的技术缺陷，本专利技术公开了基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置及方法。
2、本专利技术提供了基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，包括第一激光器、第二激光器、第一psd、第二psd、信号处理装置、信号采集装置和计算机，所述第一psd和所述第二psd对称安装至炮口的两侧，所述第一激光器和所述第二激光器安装至炮尾处的摇架上且关于炮尾对称，所述第一激光器
3、本专利技术利用位置敏感探测器的横向光电效应实现行进间炮口偏移量的测量。位置敏感探测器是一种非接触式传感器，它基于横向光电效应，是一种pin的半导体结构。当一束光照在p区表面时，由于光的激发产生大量的电子-空穴对，电子扩散形成电势差，产生电流。通过对电流的测量可以得到其感光面上入射光斑的位置信息。
4、将第一psd和第二psd安装在身管上的炮口位置，能够实现光信号向电流信号的转换。第一激光器和第二激光器安装在身管上的炮尾位置。火炮在行进间进行射击时，由于路面激励造成的颠簸和弹丸出射时的后坐力等会导致炮口发生偏移，安装在炮口上的第一psd和第二psd会随着炮口的偏移而发生位移。由于第一激光器和第二激光器安装至炮尾处的摇架上，所以第一激光器和第二激光器相对于身管的位置不发生变化，第一激光器的激光和第二激光器的激光分别打在第一psd和第二psd上的光电位置会发生变化，这个变化即是炮口发生的偏移。位置偏移后第一psd和第二psd将照射在各自感光面上的光信号转换为电流信号，通过信号处理装置将电流信号放大以及完成电流信号向电压信号的转换和模拟信号向数字信号的转换，再通过信号采集装置实现数据的采集及存储，最后传输到计算机进行炮口偏移量的计算。
5、优选的，所述第一激光器和所述第二激光器均采用波长为550nm的连续运行激光器，且功率为5mw。
6、优选的，所述第一psd感光面的面积和所述第二psd感光面的面积均为12×12mm，所述第一psd的感光波长范围和所述第二psd的感光波长范围均为320~1060nm，所述第一psd的位置分辨精度和所述第二psd的位置分辨精度均为1.4μm，所述第一psd的工作温度范围和所述第二psd的工作温度范围均为0~50°。
7、本专利技术还提供了基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量方法，是基于本专利技术所述基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置实现的，第一激光器的激光入射至第一psd的感光面上，第二激光器的激光入射至第二psd的感光面上，在炮口所在的平面内，以炮口中心o为原点，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立平面直角坐标系；
8、行进间，设第一psd的感光面上激光光斑的初始位置坐标为（），设第二psd的感光面上激光光斑的初始位置坐标为（）；
9、若炮口只发生转动时，则第一psd的感光面上激光光斑的位置坐标变为（，第二psd的感光面上激光光斑的位置坐标变为，由于第一激光器和第二激光器是对称设置的，第一psd和第二psd是对称设置的，所以（）、（）、（和均位于以炮口中心o为圆心，半径为r的同一个圆周上；设b点的坐标为（），d点的坐标为（，b点和d点连线中点为c，b点、d点和炮口中心o组成的三角形为等腰三角形，所述等腰三角形的顶角即为炮口转动角，炮口转动角的角度为θ，b点、c点和炮口中心o组成的三角形为直角三角形，所述直角三角形的顶角角度为α，由于发射时炮口转动角θ很小，故在所述直角三角形中，根据勾股定理可得，，即，又因为bd=2bc，而b点到d点的距离与（）到的距离相等，则bd为：
10、，
11、所以有，
12、又因为θ=2α，故θ为：
13、；
14、若炮口只发生平动时，则发生平动后第一psd的感光面上激光光斑的位置坐标变为（，第二psd的感光面上激光光斑的位置坐标变为（，则平动造成的炮口偏移量s为：
15、；
16、若炮口的平动和转动同时存在，设转动导致移动变化量为(a,b)，则第一psd的感光面上激光光斑的位置坐标（变为（，第二psd的感光面上激光光斑的位置坐标（变为（；设发生平动时导致的移动变化量为(c,d)，则在已经转动的基础上第一psd的感光面上激光光斑的位置坐标（变为（，第二psd的感光面上激光光斑的位置坐标（变为（；
17、默认初始状态时，第一激光器的激光垂直入射至第一psd的感光面中心，所述第二激光器的激光垂直入射至第二psd的感光面中心，则，，，均为0；最终炮口平动和转动同时存在的状态下，，，，；
18、实际打炮后，通过第一psd检测到第一psd的感光面上激光光斑的坐标为（），通过第二psd检测到第二psd的感光面上激光光斑的坐标为（，第一psd和第二psd分别将信号通过信号处理装置和信号采集装置后发送至计算机；
19、因此，通过计算机计算得到，，，；
20、最终得到，
21、发射时炮口的平动分量s为：s=，
22、炮口的平动方向为：，
23、炮口的转动角θ为：。
24、本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本专利技术装置结构简单，操作方便，能够在往复运动过程中实现行进间炮口平动和转动的实时精确测量，而且自动化程度高，测量精确。
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1.基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，其特征在于，包括第一激光器（1）、第二激光器（2）、第一PSD（3）、第二PSD（4）、信号处理装置（6）、信号采集装置（7）和计算机（8），所述第一PSD（3）和所述第二PSD（4）对称安装至炮口的两侧，所述第一激光器（1）和所述第二激光器（2）安装至炮尾处的摇架上且关于炮尾对称，所述第一激光器（1）的激光入射至第一PSD（3）的感光面，所述第二激光器（2）的激光入射至第二PSD（4）的感光面，第一PSD（3）的信号输出端和第二PSD（4）的信号输出端分别依次经过所述信号处理装置（6）和所述信号采集装置（7）后与所述计算机（8）的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，其特征在于，所述第一激光器（1）和所述第二激光器（2）均采用波长为550nm的连续运行激光器，且功率为5mW。
3.根据权利要求2所述的基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，其特征在于，所述第一PSD（3）感光面的面积和所述第二PSD（4）感光面的面积均为12×12mm，所述第一PSD（3）
4.基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量方法，其特征在于，是基于权利要求1~3任一项所述基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置实现的，
...【技术特征摘要】
1.基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，其特征在于，包括第一激光器（1）、第二激光器（2）、第一psd（3）、第二psd（4）、信号处理装置（6）、信号采集装置（7）和计算机（8），所述第一psd（3）和所述第二psd（4）对称安装至炮口的两侧，所述第一激光器（1）和所述第二激光器（2）安装至炮尾处的摇架上且关于炮尾对称，所述第一激光器（1）的激光入射至第一psd（3）的感光面，所述第二激光器（2）的激光入射至第二psd（4）的感光面，第一psd（3）的信号输出端和第二psd（4）的信号输出端分别依次经过所述信号处理装置（6）和所述信号采集装置（7）后与所述计算机（8）的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于位置敏感探测器的行进间炮口偏移测量装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺文君，韩学锋，丑修建，刘毅，游亚军，荆瑞俊，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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