устройство для измерения скорости полета пули и снаряда

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости полета пули или снаряда, содержащее два кольцевых магнитоиндукционных датчика, сигнальные обмотки которых охвачены витком из магнитомягкого материала, разнесенные на базовое расстояние вдоль траектории полета, схему формирования импульсов, одновибратор, инвертор, измеритель временных интервалов и вычислитель, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, в него введены нормирующий усилитель, нуль-орган, второй одновибратор и схема совпадения, при этом сигнальные обмотки магнитоиндукционных датчиков подключены к входу первого одновибратора через последовательно соединенные нормирующий усилитель и нуль-орган, выход первого одновибратора соединен с первым входом измерителя временных интервалов, с вторым входом второго одновибратора и с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго одновибратора, а выход схемы совпадения через инвертор подключен к второму входу измерителя временных интервалов, выход которого соединен с вычислителем, выход которого связан с установочным входом измерителя временных интервалов, магнитоиндукционные датчики установлены на трубе из немагнитного и неэлектропроводного материала и помещены в металлический кожух, причем корпус каждого из них выполнен из изоляционного материала, витки сигнальных обмоток датчиков изолированы от корпусов прокладкой из упругого неэлектропроводного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано в экспериментальной баллистике при испытании стрелкового и спортивно-охотничьего оружия и боеприпасов к ним.

В настоящее время известны устройства для измерения скорости полета пули и снаряда из ферромагнитного материала с помощью соленоидных датчиков /1/, в которых соленоид выполнен двухобмоточным, первичная обмотка которого включена в цепь источника постоянного тока, а во вторичную обмотку включен светодиод оптронной пары, фотодиод которой подключен к схеме обработки сигнала.

Наряду с хорошей помехозащищенностью данное устройство обладает рядом существенных недостатков, снижающих надежность его работы. Это, прежде всего, низкая чувствительность, которая связана с тем, что для срабатывания оптронной пары необходимо создать сильное магнитное поле, т.е. производить запитку соленоидов постоянным током большой величины и малыми пульсациями напряжения. В связи с тем, что соленоидные датчики располагаются на значительном расстоянии от регистрирующей аппаратуры источника питания, обмотка соленоидов и соединительные линии должны выполняться проводом большого сечения, чтобы снизить потери напряжения на линии при запитке соленоидов током в несколько ампер. Все это накладывает ограничения на длину питающей линии, с изменением которой изменяется ток в цепи, а следовательно, и магнитной поток, что снижает чувствительность и надежность устройства. Низкая чувствительность данного устройства позволяет измерять скорость пули /снаряда/ только из ферромагнитного материала большой массы. Поэтому для надежного срабатывания светодиода требуется поддерживать постоянный ток определенной величины. Если учесть, что питание соленоидов осуществляется от аккумулятора, то для получения тока в несколько ампер требуется аккумулятор большой емкости. Это приводит к тому, что устройство становится громоздким и неудобным для использования его в условиях полигона. При этом следует отметить, что само измерение занимает доли секунд, а остальное время энергия аккумуляторов бесполезно расходуется на нагрев соленоидов и соединительных проводов. Кроме того, низкая чувствительность не позволяет использовать его при определении скорости пули и снаряда, не обладающих ферромагнитными свойствами, например из свинца.

В устройстве /2/ исключен источник постоянного тока, благодаря использованию в соленоидах магнитного материала, охватывающего сигнальную обмотку, подключенную к схеме обработки сигнала. Данное устройство позволило устранить недостатки устройства /1/, а благодаря высокой чувствительности датчиков появилась возможность фиксировать пролет пули /снаряда/ не только из ферромагнитного, но и из диамагнитного материала, например из свинца, и тем самым использовать на испытаниях спортивно-охотничьего оружия. Механизм возникновения сигнала в обмотке соленоида в этом случае другой, чем при пролете пуль из ферромагнитного материала.

В процессе движения пули из диамагнитного материала в магнитном поле соленоида, в ней возникает вихревой ток, а следовательно, возникает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем соленоида, наводит в сигнальной обмотке ЭДС, величина этого сигнала для калибра 5,6 мм /стрельба из малокалиберной винтовки/ составляет всего 5-10 мВ при диаметре соленоида 100 мм. Величина этого сигнала остается такой же и при стрельбе дробовым зарядом. Подобная малая величина сигнала снижает надежность работы устройства, т. к. она становится соизмеримой с уровнем помехи. Кроме этого, достаточно близкое расположение магнитоиндукционного датчика от ствола приводит к тому, что в процессе выстрела истекающие пороховые газы, действуя на датчик и вследствие магнитоиндукционного эффекта, наводят в обмотке сигнал, являющийся помехой. Это явление снижает надежность работы устройства. Необходимо учитывать, что величина и частота наведенного сигнала зависит от места пролета пули /снаряда/ внутри магнитоиндукционного датчика. Наименьшая частота и величина сигнала возникает при пролете пули /снаряда/ по центру, а наибольшая вблизи обмотки, это соотношение между частотами равно примерно четырем. Так как схема обработки сигнала в рассмотренном выше устройстве не предусматривает никаких мер однозначности формирования сигнала при пролете пулей /снарядом/ плоскости соленоида, то это приводит к погрешности при измерении скорости. Особенно это сказывается для небольших баз блокирования.

Целью изобретения является повышение надежности и точности работы устройства при измерении скорости полета как ферромагнитных, так и диамагнитных пуль и дробовых снарядов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены нормирующий усилитель, нуль-орган, второй одновибратор и схема совпадения, причем сигнальные обмотки датчиков через нормирующий усилитель и нуль-орган подключены к входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом измерителя временных интервалов, с входом второго одновибратора и первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго одновибратора, а выход схемы совпадения через инвертор подключен к второму входу измерителя временных интервалов, выход которого соединен с блоком вычисления скорости, выход которого связан с установочным входом измерителя временных интервалов, кроме того, базовая труба и корпус каждого магнитноиндукционного датчика выполнен из изоляционного материала, при этом сигнальная обмотка каждого датчика охвачена витком из магнитного материала, которые помещены в корпус датчика и изолированы демпфирующей прокладкой, например, из резины, а снаружи базовая труба и магнитоиндукционные датчики закреплены газоотражающим металлическим кожухом.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 диаграммы сигналов в характерных точках, поясняющие работу устройства.

В состав устройства входят два магнитоиндукционных датчика, разнесенные на базовом расстоянии L. Каждый датчик 1 состоит из корпуса 2, сигнальной обмотки 3, витка из магнитного материала 4, демпфирующей прокладки 5, крышки 6, базовой трубы 7, кожуха 8, стоек 9 и плиты 10, нормирующего усилителя 11, нуль-органа 12, одновибраторов 13 и 14, измерителя временных интервалов 15, схемы совпадения 16, блока вычисления скорости 17, инвертора 18.

Устройство работает следующим образом.

В момент пролета пули /снаряда/ через первый магнитоиндукционный датчик в сигнальной обмотке 3 наводится сигнал, который усиливается нормирующим усилителем 11 /фиг.2а/. Этот сигнал поступает на вход нуль-органа 12, который срабатывает при превышении некоторого U_пор /фиг.2б/. В исходное состояние он возвращается, как только сигнал достигает нулевого уровня. Это позволило осуществить постоянную привязку момента выдачи сигнала при прохождении пули /снаряда/ центра масс плоскости соленоида, независимо от скорости и места пролета внутри соленоида. В связи с тем, что чувствительность датчиков достаточно высокая, то возможен колебательный процесс, который может привести к повторному срабатыванию нуль-органа 12 /фиг.2б/. Поэтому выход нуль-органа 12 подключен к одновибратору 13, который запускается отрицательным фронтом /фиг.2в/. Длительность импульса, формируемого одновибратором 13, должна быть меньше времени пролета пули /снаряда/ между датчиками при самой высокой скорости. Эту длительность можно установить, воспользовавшись следующим соотношением:



где ₁ длительность импульса одновибратора;

L_бл база блокирования /расстояние между магнитоиндукционными датчиками/;

V_max максимальная ожидаемая скорость пули /снаряда/ в партии.

Передним фронтом импульса с одновибратора 13 запускается измеритель временных интервалов 14 /фиг.2ж/ и второй одновибратор 14 /фиг.2г/. Длительность импульса ₂ формируемая одновибратором 14, должна быть больше времени пролета пули /снаряда/ блокирующего участка при самой минимальной скорости пули /снаряда/

U_min в партии



Состояние схемы совпадения 16 при пролете пули дробового /снаряда/ первого соленоида не изменится, т.к. при срабатывании одновибратора 13 на первом входе установится лог.1, в то время, как на втором входе будет сохраняться состояние лог.0, а на выходе лог.1 /фиг.2д/.

Запуск одновибратора 14 осуществляется задним фронтом импульса одновибратора 13. При этом на первом входе установится лог.0, а на втором - лог.1. Состояние на выходе схемы совпадения 16 не изменится, т.е. будет - лог.1. Как только появится сигнал со второго соленоида, то процесс формирования импульсного сигнала схемами 11-13 аналогичен описанному. При этом при поступлении на первый вход схемы совпадения 16 лог.1 на ее выходе устанавливается лог. 0, на ее выходе устанавливается лог.0 /фиг.2д/. По окончании действия импульса на выходе схемы совпадения 16 устанавливается лог.1. Сигнал с выхода схемы совпадения 16 инвертируется схемой 18 и поступает на второй вход измерителя временных интервалов 15, который превращает отсчет времени /фиг. 2ж/. Этот временной интервал поступает в блок вычисления скорости 17 и после вычисления скорости подается сигнал на сброс измерителя временных интервалов 15. Таким образом, схема все время находится в режиме ожидания и готова к измерению.

Данное устройство позволяет повысить надежность и точность работы при определении скорости как ферромагнитных, так и диамагнитных пуль /снарядов/, что особенно важно при эксплуатации его в условиях полигона.