导爆管装药高度自动测量技术研究

　　1 引 言

　　导爆管是武器装备中用于激发引爆的装置, 它的生产制造过程安全性要求很高。导爆管装药高度是导爆管的一项关键的技术指标。导爆管装药高度的测量要求快速、准确并且无人操作。针对导爆管的生产技术要求, 作者设计了导爆管装药高度自动测量装置。本测量装置主要由测量系统和机械系统两部分组成。

　　2 自动测量装置的设计原理

　　2.1 测量系统

　　( 1) 标准量

　　采用几何光栅和光栅常数的鉴幅四细分[1,3], 标准量是四细分的光栅常数。

　　( 2) 测量方法

　　被测量是导爆管的装药高度, 为避免形位误差的影响, 需要指定长度尺寸所在的位置: 假设药柱体的上、下表面都是平行于导爆管底面的平面, 忽略其表面形位误差, 则装药高度是指药柱体的中心轴线与药柱体的上、下表面的交点之间的距离。图 1 所示为间接测量方法:按照阿贝原则把标准量和被测量排列在测量轴线上, 测量方程式为:

　　其中: H1可用量块标定; H0为已知的系统参数; H2为直接读到的A 点与B 点的直线距离; H3为导爆管装药高度。

　　( 3) 标准量的鉴幅细分和可逆计数器

　　从信号变换的角度来说, 计量器具是测量信号的变换装置。细分要确定标准量中的点与莫尔条纹的周期信号中的点的相位之间的对应关系。鉴幅细分是由信号瞬时幅度反推过来求相位。在光栅传感器中, 信号的变换过程为: 被测量( 长度 H2) →光栅常数周期信号→莫尔条纹光学周期信号→电周期信号。上述每个信号都是单值函数, 各个信号之间是严格的逐点单值对应关系, 因此可以进行光栅常数的细分和判别读数头位移的方向, 但是标尺光栅和指示光栅必须用高精度导轨承载, 以保持读数头中的点 O1( O1在标准量中的位置与在莫尔条纹中的位置是单值对应关系, O1是读数头中的固定瞄准点) 沿测量轴线移动时, 莫尔条纹的方向!/2 的变化量在误差允许范围之内, 如图 2[3]所示。图 2中只画出栅线的中心线, 两个光栅的光栅常数 w相等, n与 m 分别为两光栅的栅线中心线序数, 两光栅的栅线中心线之间的夹角为!, H2沿 X 轴方向。用几何方法可以证明, 栅线中心线的交点连线是一簇平行直线 I、II、III 等,其中每条直线对 x 轴的夹角为 "=!/2。莫尔条纹的中心线( 即莫尔条纹的移动方向) 与这簇直线垂直。莫尔条纹的宽度为 BH。

　　如果要降低对上述导轨的直线度误差要求, 可以采用鉴幅四细分, 即对莫尔条纹光学周期信号进行空间四细分: 4 个光电元件( 例如光电二极管等) 沿莫尔条纹的中心线等距放置, 间隔距离为 BH/4, 每个光电元件与直线簇I、II、III 等平行。每个光电元件沿莫尔条纹中心线方向的宽度 h 理想值为零, 实际的宽度值以有足量输出信号即可。光电元件和指示光栅固定在一起。