劉乃強 王舒 王浩圣 侯雁偉 鄧均

【摘要】評估殺傷元對目標的殺傷效應(yīng)對指導輕武器系統(tǒng)設(shè)計有著重要的意義。為了實現(xiàn)對輕武器終點殺傷效應(yīng)的測試和科學評估，設(shè)計了基于Labwindows的一體化測試平臺。該平臺是輕武器終點殺傷效應(yīng)的綜合測試系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合了TestStand測試序列和Access技術(shù)，包括殺傷元射速、殺傷能力參數(shù)測量與分析、殺傷效應(yīng)評估和測試誤差評價等模塊。實際應(yīng)用情況表明，該測試系統(tǒng)滿足輕武器殺傷效應(yīng)測試需求，能夠?qū)p武器殺傷效應(yīng)進行科學的綜合評估。

【關(guān)鍵詞】殺傷效應(yīng);Labwindows;一體化測試平臺

Abstract：Assessment of the target damage effect of the ammunition makes a great significance on light weapon system design.In order to achieve the scientific assessment of end of killing effect of light weapons，the integrated testing platform was designed based on Labwindows.The platform is a comprehensive test system，the system combines the TestStand test sequence and Access Technology.The testing system includes module for the measurement and analysis of firing rate of damaging units and damage ability parameters，and module for the assessment of the killing effect and testing error.The actual application shows that the testing system meets the testing requirements of the End Killing effect of the Light weapons.And，it can offer scientific assessment of the killing effect for the Light weapons.

Keywords：killing effect;Labwindow;integrated testing platform

引言

殺傷元的殺傷效應(yīng)是影響輕武器系統(tǒng)的火力打擊能力的主要因素，對殺傷效應(yīng)的可靠評估是指導殺傷元設(shè)計和輕武器研制的重要依據(jù)[1]。目前，我國對輕武器終點殺傷效應(yīng)的測試還停留在使用分散的測試儀器獨立完成不同測試任務(wù)的階段，不利于殺傷效應(yīng)的科學評估。為了集中測試資源，提高測試能力，設(shè)計和研制了輕武器終點殺傷效應(yīng)的一體化測試平臺。該測試平臺采用基于PXIe總線的硬件系統(tǒng)，同時利用TestStand測試序列和Access技術(shù)設(shè)計了基于Labwindows的軟件系統(tǒng)。為了可靠的對輕武器殺傷效應(yīng)進行科學的評估，設(shè)計了埋設(shè)有壓力、力值、加速度等傳感器的仿人體靶標，通過該仿人體靶標并借助一體化測試平臺可以實現(xiàn)對輕武器殺傷效應(yīng)進行可靠的分析和科學的評估。

1.測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 基本架構(gòu)及組成

輕武器終點殺傷效應(yīng)測試系統(tǒng)主要由彈丸與破片發(fā)射單元、仿人體靶標單元、測速單元與數(shù)據(jù)采集單元等四個子系統(tǒng)組成。測速單元接收到殺傷元通過進出測速靶的信號，通過計算兩個信號上升沿之間時間差的方式得到殺傷元的入射速度。仿人體靶標單元用于殺傷元擊中靶標時，產(chǎn)生壓力、加速度、力值等的測試信號，這些測試信號通過電荷放大器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元[2]。數(shù)據(jù)采集單元將經(jīng)過放大后的測試信號采集存儲在硬件系統(tǒng)中，由軟件系統(tǒng)對采集到的測試信號進行分析和評估。完整輕武器終點殺傷效應(yīng)測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 測試通道設(shè)定及傳感器布局

在整個測試系統(tǒng)中，仿人體靶標是獲取殺傷元終點殺傷效應(yīng)的重要單元，為了可靠和科學的評估殺傷元對人體產(chǎn)生的殺傷效應(yīng)，依據(jù)殺傷物理量在人體組織器官的分布特點，需要對各個傳感器進行合理的布局。各類傳感器數(shù)量和分布的確定以能夠反映受彈部位殺傷物理量為原則，傳感器量程和精度依據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)和文獻資料確定。

在頭頸部，防彈頭盔對顱腦的撞擊和擠壓可造成顱骨骨折變形。撞擊壓力在腦組織中的傳播，顱內(nèi)物相對于顱骨運動的加速度可導致腦實質(zhì)損傷，投射物撞擊頭盔的沖擊力對頸椎產(chǎn)生牽扯[3]。因此，分別采用4個壓力傳感器測量腦組織中壓力變化，采用加速度傳感器測量顱骨加速度值，采用6軸頸椎傳感器測量各方向的力值。在胸腹部，防彈衣對胸壁的撞擊擠壓可造成肌肉軟組織挫傷、肋骨骨折，壓力波在胸腔中的傳播可導致心臟、肺臟、肝臟、胃等主要臟器出血破裂，胸壁快速變形、胸腔運動產(chǎn)生的加速度可造成胸骨、脊柱挫傷。因此，對于胸腹部殺傷物理量，采用6個大變形纖維感器，以密集的點陣感應(yīng)受彈面局部的受力分布。采用壓力傳感器測量心臟、肺臟、肝臟、胃和胸骨下壓力變化。采用加速度傳感器測量胸骨、脊柱加速度值[4]。

圖1 輕武器終點殺傷效應(yīng)測試系統(tǒng)框圖

2.測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在仿人體靶標上埋設(shè)有多個不同類型的傳感器，每個傳感器的數(shù)據(jù)都需要有一個采集通道相對應(yīng)，因此，本測試系統(tǒng)驅(qū)動的數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量較多，功能模塊復(fù)雜。為了有效的配合硬件系統(tǒng)的工作，軟件系統(tǒng)的設(shè)計原則應(yīng)是標準化和模塊化。軟件系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境選用以ANSI C為核心的Labwindows/CVI 2013開發(fā)平臺，將C語言的模塊化優(yōu)勢與面向測試儀器的編程工具相結(jié)合，并支持ODBC數(shù)據(jù)源調(diào)用，加入多線程技術(shù)及測試序列管理軟件TestStand。實際應(yīng)用情況表明，軟件系統(tǒng)能夠有效的實現(xiàn)測試配置及數(shù)據(jù)采集和分析等功能，能夠滿足智能化測試的需求。

圖2 軟件系統(tǒng)模塊框圖

圖3 軟件系統(tǒng)的主界面

2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)依托C語言的模塊化設(shè)計思路編寫，每個功能由獨立的軟件模塊實現(xiàn)。測試軟件主要由用戶界面、板卡驅(qū)動、數(shù)據(jù)庫讀寫、數(shù)據(jù)顯示與處理與波形回放5個部分組成，軟件系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2中用戶界面部分主要依靠UI界面引導用戶設(shè)置或開始采集。INI配置文件與XML文檔讀寫測試描述用來保存上一次采集配置，方便今后操作。數(shù)據(jù)庫操作用來讀寫通道信息與背板配置并保存采集結(jié)果。軟件系統(tǒng)的主界面由圖3所示。

2.2 軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

由于殺傷效應(yīng)測試所需要的數(shù)據(jù)采集通道較多，且在后期試驗工作中需要改變接線位置或者直接更換傳感器，這就需要在軟件中更改通道設(shè)置或傳感器靈敏度系數(shù)。為了簡化在實際應(yīng)用中，對軟件的操作流程，針對上述需求軟件系統(tǒng)采用了SQL toolkit組件。其應(yīng)用部分包括更改背板接線設(shè)置、測速靶型號、傳感器參數(shù)設(shè)置、傳感器類型選擇以及查看測速結(jié)果與測試序號等。以所使用的Access數(shù)據(jù)庫讀寫各類傳感器列表為例，介紹其在軟件系統(tǒng)中的作用方式。數(shù)據(jù)庫對應(yīng)表格信息如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫傳感器列表

在軟件系統(tǒng)的測試配置模塊中，軟件通過ODBC數(shù)據(jù)源能夠自動讀取相應(yīng)的Access數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容并填充到軟件系統(tǒng)的測試通道列表中。如圖5所示在配置菜單中系統(tǒng)可以自動讀取數(shù)據(jù)庫中已有傳感器條目，也可以在軟件中更改傳感器參數(shù)以保存到數(shù)據(jù)庫對應(yīng)項中。這樣就可實現(xiàn)在不面向程序代碼的情況下通過第三方數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對測試配置的更改及保存，提高系統(tǒng)靈活性與安全性。

圖5 測試通道配置界面

2.2.2 Teststand測試序列技術(shù)

NI公司的Teststand是一款可以立即執(zhí)行的測試管理軟件，其可依靠生成的測試序列文件，在應(yīng)用中按著實際需要重新部署整個軟件系統(tǒng)的各種測試參數(shù)[5]。而在傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)中，當程序被發(fā)布或者封裝后并不能根據(jù)實際的需求進行更改。

依托TestStand測試管理軟件，只需在代碼中保留用戶界面相關(guān)函數(shù)、TestStand引擎相關(guān)函數(shù)和測試序列文件讀寫函數(shù)。這種軟件管理方式可以減小軟件系統(tǒng)的代碼體積及出錯概率[6]。在完成對測試序列文件的編輯后，測試序列文件讀寫函數(shù)會自動按照文件設(shè)定的流程運行。當需要更改測試流程或按步進行測試調(diào)試時只需通過對軟件系統(tǒng)中的SEQ文件進行修改即可實現(xiàn)。

3.測試系統(tǒng)的實際應(yīng)用

輕武器終點殺傷效應(yīng)測試系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于殺傷效應(yīng)的測試和評估。在實際應(yīng)用中，殺傷元通過彈道槍發(fā)射，殺傷元的入射速度由測速靶測量，殺傷效應(yīng)由仿人體靶標測量和評估。軟件系統(tǒng)對仿人體靶標輸出的測量信號以2MHz的頻率進行采集，總采樣時間為0.5s。根據(jù)測速靶的入靶和出靶之間的距離0.937m和殺傷元通過兩個測速靶之間的時間間隔計算殺傷元的入射速度。圖6所示為測試系統(tǒng)采集得到的測速靶信號和仿人體靶標中的2個加速度傳感器獲得的測試信號。

圖6 測試波形數(shù)據(jù)曲線

4.結(jié)論

為了實現(xiàn)對輕武器終點殺傷效應(yīng)的測試和科學評估，設(shè)計了基于Labwindows的一體化測試平臺。該平臺是輕武器終點殺傷效應(yīng)的綜合測試系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合了TestStand測試序列和Access技術(shù)，包括殺傷元射速、殺傷能力參數(shù)測量與分析、殺傷效應(yīng)評估和測試誤差評價等模塊。借助仿人體靶標中埋設(shè)的各種類型的傳感器能夠科學的獲取殺傷元對人體組織的殺傷效應(yīng)。為了實現(xiàn)對輕武器終點殺傷效應(yīng)的測試系統(tǒng)的有效控制和管理，簡化軟件的操作步驟，軟件系統(tǒng)中融入了數(shù)據(jù)庫技術(shù)和Teststand測試序列技術(shù)，同時，也進一步的增強了軟件的靈活性與安全性。輕武器終點殺傷效應(yīng)測試系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于殺傷效應(yīng)的測試和評估。實際應(yīng)用情況表明，該測試系統(tǒng)滿足輕武器殺傷效應(yīng)測試需求，能夠?qū)p武器殺傷效應(yīng)進行科學的綜合評估。

參考文獻

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資助項目：國防基礎(chǔ)科研計劃資助（項目編號：A1020120001）。

作者簡介：劉乃強（1990—），男，碩士研究生，主要研究方向：裝備試驗測試與系統(tǒng)。