轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统及测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115950489A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310232632.X(22)申请日2023.03.13(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人刘文近张庆明龙仁荣陈利任健康胡鑫(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639专利代理师周蜜(51)Int.Cl.G01D21/02(2006.01)G01N3/02(2006.01)G01N3/307(2006.01)G01M7/08(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统及测量方法(57)摘要本发明公开了轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统及测量方法，属于超高速碰撞加载技术领域，其中测量系统包括轻气炮、电磁感应传感器以及信号处理装置；轻气炮包括依次相连的发射机构、泵管、锥段和发射管；泵管内同轴容置含有铁磁性材料的活塞，发射机构通过驱动活塞压缩泵管内气体，使发射管内的弹丸射出；两个以上电磁感应传感器沿泵管轴向按设定距离间隔设置于泵管外侧；信号处理装置与电磁感应传感器信号连接。该测量系统不需要对轻气炮的泵管进行开孔，不降低轻气炮泵管的密闭性和完整性，提高了实验的安全性。CN115950489ACN115950489A权利要求书1/3页1.轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，包括轻气炮、电磁感应传感器以及信号处理装置；所述轻气炮包括依次相连的发射机构、泵管、锥段和发射管；所述泵管内同轴容置含有铁磁性材料的活塞，所述发射机构通过驱动所述活塞压缩所述泵管内气体，使所述发射管内的弹丸射出；两个以上所述电磁感应传感器沿所述泵管轴向按设定距离间隔设置于所述泵管外侧；所述信号处理装置与所述电磁感应传感器信号连接；当所述活塞压缩气体时，所述活塞从所述泵管靠近发射机构的一端运动到靠近锥段的一端，两个以上所述电磁感应传感器依次产生电信号，所述信号处理装置能够记录所述电信号，并根据所述电信号以及所述电磁感应传感器之间的所述设定距离计算所述活塞的位置、速度与加速度。2.根据权利要求1所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述泵管由多段炮管沿轴向依次拼接而成，在每两个所述炮管的拼接位置设置一个电磁感应传感器。3.根据权利要求1所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述铁磁性材料与所述泵管的内壁不接触。4.根据权利要求2所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述活塞包括橡胶制的活塞头部和所述铁磁性材料制的质量块；所述活塞头部与所述泵管的内壁滑动配合；所述质量块与所述活塞头部靠近所述发射机构的一端固接。5.根据权利要求4所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述活塞还包括橡胶制的活塞尾部；所述活塞尾部与所述泵管的内壁滑动配合；所述质量块夹设于所述活塞头部与所述活塞尾部之间。6.根据权利要求4或5所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述质量块为圆柱状，且直径小于所述泵管的内径。7.根据权利要求1‑5任意一项所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，其特征在于，所述电磁感应传感器包括漆包线和环形磁铁；所述漆包线绕制成圆环状，并固接于所述环形磁铁的内壁或外壁，且所述漆包线与所述信号处理装置信号连接；所述环形磁铁的两个端面分别为N极与S极，且所述环形磁铁套设于所述泵管的外周侧。8.轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量方法，其特征在于，基于权利要求4~6任意一项所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量系统，包括以下步骤：步骤一：所述发射机构驱动所述活塞从所述泵管靠近发射机构的一端运动到靠近锥段的一端，以压缩所述泵管内的气体；步骤二：通过所述信号处理装置记录各个所述电磁感应传感器产生电信号的开始时刻和消失时刻；步骤三：所述信号处理装置根据各个所述电磁感应传感器之间的所述设定距离以及各2CN115950489A权利要求书2/3页个所述电磁感应传感器产生电信号的开始时刻和消失时刻，计算所述活塞的位置、速度与加速度。9.根据权利要求8所述的轻气炮活塞的位置、速度与加速度测量方法，其特征在于，计算所述活塞的速度的具体方式为：设相邻的两个所述电磁感应传感器之间的所述设定距离为d，所述活塞最先通过的所述电磁感应传感器为第一电磁感应传感器，所述活塞随后进入的所述电磁感应传感器为第二电磁感应传感器，所述活塞通过所述第一电磁感应传感器的磁场范围产生电信号开始时刻为t0，消失时刻为t1，所述活塞通过所述第二电磁感应传感器的磁场范围产生电信号开始时刻为t2，消失时刻为t3，所述电磁感应传感器初始产生电信号