火炮简介：

火炮结构是一种特殊的机械系统，火炮通常由炮身和炮架组成，身管是炮身的主体，用来赋予弹丸初速和飞行方向。炮架包括反后坐装置、摇架、上架、高低机、方向机、平衡机、下架、大架和运动体等。

图1 火炮结构

火炮炮口振动测试目的：

射击密集度历来是火炮研制的重要指标，在大多数情况下，过大的炮口振动响应是制约火炮型号研制进程的关键因素之一。而火炮总体布置、架体刚强度以及质量质心等与炮口振动是紧密相关的，因此炮口振动的准确测试结果对火炮结构设计具有重要的指导价值。

火炮炮口振动的产生机理：

火炮不同结构依靠不同运动副相互连接，组成复杂的火炮系统。在火药燃气载荷作用下，火炮结构发生机械振动，引起炮口位移、速度和加速度振动响应。

火炮炮口振动测量研究：

炮口振动响应包括线位移、线速度、线加速度、角位移、角速度和角加速度等6个参量。一般情况下，位移和速度对射击密集度影响较显著，加速度对密集度的影响较位移和速度要小些。因此，火炮射击时，人们重点关注炮口振动位移和速度的测试，较少测试炮口振动加速度。另一方面，炮口振动加速度由于影响因素多，且复杂，测试信号干扰不易排除，测试误差较大，这也是炮口振动加速度较少测试的原因之一。

小口径火炮射击时，炮口后坐位移约为几十毫米，炮口横向位移约为十几毫米，炮口运动范围较小，炮口振动位移测试相对容易。而大口径火炮射击时，炮口运动范围大，其后坐位移一般可达1m左右，且为空间三维运动形式。目前常用的传感器基本都是一维运动形式，它们无法满足大口径火炮炮口三维运动位移测试。

理论分析表明，炮口振动角位移是影响小口径火炮射击密集度的关键因素，但到目前为止，小口径火炮炮口振动角位移测试还没有理想的传感器，需要开发研究。到目前为止，只有小口径火炮炮口线位移测试方法较为成熟。对于炮口其余5个参量，还没有合适传感器，或测试误差较大。

火炮炮口振动位移传统测试：

火炮炮口振动位移传统测试有4种测试方法，第1种方法是用光电位移跟随器进行测试；第2种方法是采用电涡流位移传感器；第3种方法是采用激光位移传感器；第4种方法是采用加速度计及分段积分法。这4种位移测试方法在以往的火炮靶场试验中都发挥过重要作用，并且都取得了良好的测试结果，为火炮射击精度提高提供了有效帮助。

光电位移跟随器在测试过程中受天气及光线影响比较大，天气太热或太冷都会影响测试精度，如果光线不好传感器就无法分辨出运动目标的黑白标识上的亮-暗分界线，就无法测到有效振动位移信号。优点是测量精度高，抗电磁干扰能力强，测试时可以离被测物体很远，不用靠近测。

图2 光电位移跟随器测试原理图

电涡流位移传感器在测试过程中安装相对比较困难，因为是测炮口，弹丸出炮口瞬间炮口振动很小，但当弹丸出炮口后炮口振动位移就相对大一些，量程小的传感器不能采到振动全过程，并且反射面容易拍到传感器上。量程大的传感器要求反射面就比较大，质量也相对大一些，炮口安装不方便。并且很难适应长距离后坐炮口振动位移的测试。但电涡流传感器有很强的抗振性和环境适应性及抗电磁干扰能力，使用时对环境要求较低，测量精度高。

图3 电涡流位移传感器测试原理图

激光位移传感器在测试过程中相对于光电位移跟随器及电涡流位移传感器就很方便，测试工装简单，对环境适应性也强，唯一的缺点就是抗振性差，容易损坏。

图4 激光位移传感器工作原理图

加速度计测量炮口振动位移优点是可以测试高角状态下火炮射击时炮口振动位移，以上3种都很难实现对高角射击时炮口振动位移的测试，加速度计测炮口振动难点就在于对炮口振动有用信号的获取及对高频信号的过滤。传感器安装位置及安装方式也直接影响测试结果的准确与否。

图5 加速度计测试炮口振动位移原理图

综合以上4种测试方法后进行比较，前3种测试方法为非接触测量，后一种方法为接触式测量。前3种测试方法受火炮被测物体影响较小，而后一种方法受被测物影响较大。

 

火炮炮口振动位移的激光多普勒测试法：

激光测振仪可以进行炮口振动速度测量，它是基于多普勒原理的激光非接触测振技术而研制的，激光非接触测振技术是国际上近十年来成熟起来的新型非接触测量手段，也是目前最先进的非接触振动测量技术之一。凯视迈KC系列红外激光多普勒测振仪通过探测从振动目标反射回的激光的多普勒频移，获得目标振动的实时位移信号。

 

凯视迈红外激光多普勒测振仪具有以下特点:

1、非接触振动测量，完全无附加质量影响

2、可在较远的工作距离上测量目标振动，且测量位移范围大

3、频率响应带宽范围大

4、直接进行位移测量，精度高

5、采用红外测量激光，可消除温度漂移

图6 凯视迈KV系列红外激光多普勒测振仪应用于火炮炮口振动位移测量