устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента, содержащее размещенные на концах мерного участка трассы рамки, имеющие источники излучения и приемники излучения, которые связаны с регистрирующими устройствами, зеркала, установленные на сторонах каждой рамки, отличающееся тем, что рамки являются датчиками пролета метаемого элемента, имеют вертикальные и нижнюю горизонтальную стенки и расположены вдоль трассы траектории полета метаемого элемента, имеют закрепленные на их вертикальных стенках полупроводниковые лазерные излучатели, образующие сетку из лучей лазера, и отражающие зеркала, при этом один датчик пролета установлен на срезе ствола метательного устройства и соединен с регулируемым кварцевым генератором импульсов, а другие датчики пролета установлены на базовых расстояниях L₁ и L₂, каждый из которых соединен со счетчиком импульсов, а счетчики импульсов соединены с регулируемым кварцевым генератором импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольной измерительной технике и может быть использовано для определения скорости и ускорения метаемого элемента, например, при отработке конструкций метаемого элемента и метательных устройств.

Известно "Устройство для измерения скорости полета метаемого тела", патент РФ №2216025 от 17.07.2001 г., в котором индикатором прохождения метаемого элемента являются электрические контакты, замыкающие электрическую цепь, контакты выполнены подвижными и установлены на гибких пластинах, на которые опираются установленные на границах базового расстояния упругие лепестки, которые при воздействии метаемого элемента взаимодействуют с гибкими пластинами контактов и замыкают их, причем первая пара контактов при замыкании включает измерительный прибор, а вторая его выключает.

Недостатком данного технического решения является низкая точность определения заданных величин, а также необходимость замены после каждого пуска метаемого элемента упругих лепестков, повреждаемых метаемым элементом.

Наиболее близким техническим решением к заявленному и принятому за прототип является "Устройство для измерении скорости объекта", патент РФ №2046343 от 15.07.1992 г., содержащее размещенные на концах мерного участка трассы две опорные рамки с горизонтальными и вертикальными стенками, имеющими источники излучения и приемники излучения, которые связаны с регистрирующим устройством, полупрозрачные зеркала, установленные на горизонтальных и вертикальных сторонах каждой рамки.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, высокая его стоимость, а также отсутствие возможности измерения ускорения объекта.

Технической задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции, повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей устройства.

Решение технической задачи заключается в том, что в устройстве для измерения скорости и ускорения метаемого элемента, содержащем размещенные на концах мерного участка трассы рамки, имеющие источники излучения и приемники излучения, которые связаны с регистрирующими устройствами, зеркала, установленные на сторонах каждой рамки, при этом рамки, являющиеся датчиками пролета метаемого элемента, имеют вертикальные и нижнюю горизонтальную стенки и расположены вдоль трассы траектории пролета метаемого элемента, имеют закрепленные на их вертикальных стенках полупроводниковые лазерные излучатели, образующие сетку из лучей лазера, и отражающие зеркала, причем один датчик пролета установлен на срезе ствола метательного устройства и соединен с регулируемым кварцевым генератором импульсов, а другие датчики пролета установлены на базовых расстояниях L₁ и L₂, каждый из которых соединен со счетчиком импульсов, а счетчики импульсов соединены с регулируемым кварцевым генератором импульсов, при этом датчик пролета, установленный на срезе ствола метательного устройства, запускает регулируемый кварцевый генератор импульсов, импульсы с которого одновременно начинают поступать на счетчики импульсов и которые останавливаются при поступлении сигналов с подключенных к ним датчиков пролета при пролете мимо них метаемого элемента.

На фиг.1 показана схема устройства для измерения скорости и ускорения метаемого элемента.

На фиг.2 схематично показан датчик пролета.

Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента на фиг.1 содержит регулируемый кварцевый генератор 1 импульсов, счетчики 2 и 3 импульсов, датчики 4, 5 и 6 пролета метаемого элемента 8, метательное устройство 7, срез ствола 13 метательного устройства 7, а на фиг.2, где показана схема датчика пролета, он имеет нижнюю горизонтальную стенку 14, вертикальные стенки 9. На вертикальных стенках 9 закреплены полупроводниковый лазерный излучатель 10, отражающие зеркала 11, фотоприемник 12, при этом датчик 4 пролета установлен на срезе ствола 13 метательного устройства 7 и соединен с регулируемым кварцевым генератором 1 импульсов, а датчики 5 и 6 установлены вдоль трассы траектории полета метаемого элемента 8 на базовых расстояниях L₁ и L₂, каждый из которых соединен со счетчиками 2 и 3 импульсов соответственно, при этом счетчики импульсов 2 и 3 соединены с регулируемым кварцевым генератором 1 импульсов.

Работа устройства для измерения скорости и ускорения метаемого элемента осуществляется следующим образом.

При пересечении метаемым элементом 8 лазерного луча, исходящего от полупроводникового лазерного излучателя 10 датчика 4, установленного на срезе ствола 13 метательного устройства 7, запускается регулируемый кварцевый генератор 1 импульсов, импульсы с генератора 1 поступают одновременно на счетчики 2 и 3 импульсов. При пересечении метаемым элементом 8 лазерного луча каждого следующего датчика подключенный к нему счетчик останавливается и фиксирует количество импульсов, прошедшее за время пролета метаемого элемента 8 от метательного устройства 7 до этого датчика.

Зная базовые расстояния L₁ и L₂ и частоту следования импульсов генератора, можно посчитать время, за которое метаемый элемент пролетел от среза ствола метательного устройства до соответствующего датчика, а зная время и путь, можно определить скорость по известной формуле:

где V - скорость метаемого элемента;

S - расстояние между датчиками,

а время пролета метаемого элемента между датчиками находят по соотношению:

где t - время пролета метаемого элемента между датчиками;

f - частота генератора импульсов в герцах;

к - количество импульсов, которое насчитает счетчик до остановки.

Ускорение метаемого элемента на каждом участке трассы можно найти, зная разницу скоростей (V₁-V₂) на определенном участке трассы, определив по формуле

а - ускорение метаемого элемента на данном участке трассы.

Разрешающая способность и точность устройства определяется точностью настройки и нестабильностью частоты кварцевого генератора. Например, точность настройки частоты тактового малогабаритного генератора ГК 164ПА составляет ±5·10^-6, а нестабильность частоты -±1,5·10^-6. Погрешность электронных счетчиков составляет 1-2 единицы младшего разряда. Например, при частоте генератора 10 МГц (10⁷ импульсов в секунду) и скорости метаемого элемента 1000 м/с на трассе 1000 метров, учитывая погрешность генератора и счетчика, погрешность подсчета импульсов не более ±10 импульсов, что составит 0,001% от 10 импульсов, а значит погрешность для скорости метаемого элемента 1000 м/с составит не более ±10 см/с. Для меньших скоростей погрешность еще меньше. Помехи и наводки практически не оказывают влияния на работу устройства, т.к. сигналы в цепях цифровые с амплитудой от 5 до 15 вольт в зависимости от серии используемых микросхем, а не аналоговые.

Метаемые элементы могут быть любого размера и формы и из любого непрозрачного материала. Минимальные размеры метаемого элемента ограничиваются только диаметром луча используемого лазера и расстоянием между лучами в лазерной рамке.

Диапазон измеряемых скоростей метаемого элемента от минимальных до гиперзвуковых. Минимальная измеряемая скорость ограничивается только емкостью используемых счетчиков, т.к. при маленьких скоростях и больших расстояниях между рамками счетчики импульсов могут переполняться. Для измеряемых скоростей и используемых частотах генератора достаточно счетчиков емкостью в 4-6 разрядов.

Отклонение траектории полета метаемого элемента может достигать значительных величин, поэтому расстояние между створками рамок может быть увеличено до нескольких метров без потери точности измерений. Количество отражающих зеркал, установленных на створках рамок, также может быть увеличено до нескольких десятков для уменьшения расстояния между лучами и фиксации пролета метаемого элемента малого калибра.

Таким образом, использование заявляемого технического решения обеспечивает высокую точность измерения скорости и ускорения метаемого элемента, невосприимчивость к помехам и наводкам цифрового сигнала, позволяет проводить измерения при большом разбросе траектории полета метаемого элемента, повышает надежность устройства, снижает его стоимость, при этом калибры метаемых элементов могут быть от нескольких мм до максимальных, сам метаемый элемент может быть из любого непрозрачного материала, не требуется использования высоковольтного оборудования.