Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента

Авторы патента:

G01P3/68 - с использованием оптических средств, т.е. с использованием инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей (G01P 3/80 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2285268:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к контрольной измерительной технике и может быть использовано для определения скорости и ускорения метаемого элемента. В устройстве содержатся размещенные на концах мерного участка трассы рамки. Зеркала установлены на сторонах каждой рамки. Рамки являются датчиками пролета метаемого элемента. Рамки имеют вертикальные и нижнюю горизонтальную стенки и расположены вдоль трассы траектории пролета метаемого элемента и имеют закрепленные на их вертикальных стенках полупроводниковые лазерные излучатели. Излучатели образуют сетку из лучей лазера. Датчик пролета установлен на срезе ствола метательного устройства и соединен с регулируемым кварцевым генератором импульсов. Другие датчики пролета установлены на базовых расстояниях. Датчики соединены со счетчиком импульсов. Счетчики импульсов соединены с регулируемым кварцевым генератором импульсов. Датчик пролета, установленный на срезе ствола метательного устройства, запускает регулируемый кварцевый генератор импульсов. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей устройства. 2 ил.

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.

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.

Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов // 2278388

Изобретение относится к области определения внешнебаллистических параметров (координат, скорости и углового положения метательных элементов - пуль и снарядов) при стрельбе прямой наводкой по вертикальным преградам (мишеням) и может использоваться при экспериментальном определении пробивной способности пуль и снарядов и качества брони в процессе их отработки или контроля при изготовлении.

Способ измерения скорости объекта и устройство для его осуществления // 2271014

Изобретение относится к области измерения динамических параметров объекта и может быть использовано в различных областях, в том числе и в задачах строительства для исследования вибраций, деформационных характеристик грунтов, осадки строительных конструкций.

Пассивный способ обнаружения оптических объектов и фотоприемное устройство для его осуществления // 2265227

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных системах, при регистрации оптических объектов в заданной точке, при исследовании их формы и характера оптического излучения в инфракрасном диапазоне длин волн.

Способ измерения скорости объекта и устройство для его осуществления // 2262112

Фотоэлектронная система // 2241945

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении начальной скорости вылета снаряда при проведении испытаний стрельбой, а также измерении скорости снаряда в месте пролета снаряда над системой.

Устройство для определения скорости детонации маломощных детонирующих шнуров типа "волновод" со светопроницаемой оболочкой // 2232388

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости детонации маломощных детонирующих шнуров типа “волновод” со светопроницаемой оболочкой.

Устройство для измерения перемещения, скорости, ускорения и темпа движения объекта // 2223505

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров реверсивного движения объекта и может быть использовано для измерения величины перемещения, скорости, ускорения и темпа.

Способ измерения скорости движения рассеивающих микрообъектов // 2223504

Изобретение относится к спекл-оптике, в частности к измерительной технике, и может найти применение для измерения скорости поперечного перемещения рассеивающих объектов, в том числе и микроскопических, в частности капиллярных потоков жидкости, содержащей рассеивающие частицы, а также для определения продольных координат движущихся рассеивающих объектов в биологии, медицине, машиностроении и других областях науки и техники.

Устройство для определения дульной скорости снаряда // 2204111

Изобретение относится к разработке и совершенствованию образцов оружия, в частности к экспериментальной баллистике при определении технического рассеивания пуль и снарядов на траектории.

Способ измерения скорости объектов и фотоэлектронная система для измерения скорости объектов // 2287827

Способ отработки боеприпаса // 2448344

Изобретение относится к области исследования быстропротекающих процессов, а конкретно к испытаниям боеприпасов

Способ определения характеристик осколочного поля снаряда и устройство для его осуществления // 2470310

Изобретение относится к полигонным испытаниям боеприпасов и может быть использовано, в частности, для измерения характеристик осколочного поля снаряда

Способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта // 2470311

Изобретение относится к фотограмметрическим методам определения скорости движения объектов при проведении аэробаллистических, террадинамических, ударных, осколочных и других видов испытаний

Способ измерения скорости разлета и элементного состава газоплазменного потока // 2497132

Изобретение относится к области оптико-спектральных измерений быстропротекающих процессов и может найти применение для измерения скорости разлета и элементного состава газоплазменных потоков, скорости разлета светящихся частиц и осколков при детонации и взрыве. С помощью оптической системы строится изображение разлетающегося газоплазменного потока и все измерения проводятся в плоскости оптического изображения. С помощью системы диафрагм и фотоприемников выделяют фрагменты изображения вдоль направления газоплазменного потока и по временным изменениям яркости фрагментов определяют скорость распространения потока. Элементный состав сепарированного по массам частиц газоплазменного потока определяется в результате анализа временных изменений спектрального состава свечения фрагмента изображения газоплазменного потока, выделяемого с помощью оптоволоконного кабеля. Изобретение позволяет проводить измерения дистанционно и оперативно. 3 ил.

Способ для бесконтактного измерения скорости и перемещения объекта и устройство для его реализации // 2518018

Изобретение относится к области измерения таких динамических параметров объекта, как скорость и перемещение. Исследуемый объект, освещенный осветителем, закрепляют на штоке, перемещающемся по направляющим с горизонтальной меткой. Видеокамеру устанавливают по отношению к исследуемому объекту таким образом, чтобы ее оптическая ось была перпендикулярна плоскости движения исследуемого объекта и направлена на горизонтальную метку. Одновременно с началом движения исследуемого объекта включают видеокамеру, которая покадрово фиксирует перемещение делений мерной линейки относительно горизонтальной метки, сравнивают значения делений мерной линейки, совпадающих с горизонтальной меткой, на следующих друг за другом кадрах и, учитывая перемещение исследуемого объекта и скорость видеосъемки, рассчитывают скорость исследуемого объекта. Изобретение позволяет усовершенствовать процесс регистрации динамики процесса и позволяет производить одновременный анализ динамики различных частей исследуемого объекта и сохранить результаты измерений в наглядной форме в виде отдельных кадров. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Оптический способ определения скорости железнодорожного состава // 2518078

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения скорости железнодорожного состава. Способ заключается в том, что регистраторы, представляющие собой два расположенные на заданной высоте от железнодорожного полотна видеорегистратора, производят съемку железнодорожного полотна синхронно, в каждый момент времени запоминается текущий кадр с первого видеорегистратора, определяется кадр с тем же фрагментом железнодорожного полотна в видеопоследовательности со второго видеорегистратора, вычисляется сдвиг между этими кадрами, и по разнице порядковых номеров кадров и сдвигу между ними определяется скорость по формуле V = F ⋅ S + Δ L Δ N , где F - темп съемки видеорегистраторов (количество кадров в секунду), S - смещение между видеорегистраторами, ΔL - сдвиг между кадрами с одинаковым фрагментом железнодорожного полотна с двух видеорегистраторов, ΔN - разность номеров кадров с одинаковым фрагментом железнодорожного полотна со второго и первого видеорегистраторов. 5 ил.

Космический измеритель приращения скорости // 2524687

Изобретение относится к измерительным приборам космического аппарата (КА) и может использоваться для высокоточного определения малого приращения скорости поступательного движения КА. Измеритель имеет полый шарообразный корпус (1), на внешней поверхности которого находятся электромагниты (2). На внутренней поверхности корпуса (1) расположена сеть адресных фотоприемников, а внутри корпуса - инерционная масса (5). Электромагнитный подвес массы (5) выполнен в виде встроенных электромагнитов (6), взаимодействующих с электромагнитами (2). Датчик положения массы (5) представляет собой оптрон из трех оптопар. В оптопарах излучателями служат светодиоды внутри массы (5) с оптическими осями (27). Излучение вдоль этих осей попадает на указанные фотоприемники корпуса. Светодиоды питаются от аккумулятора гелиевого типа, встроенного в массу (5). Он заряжается от токов в обмотках электромагнитов (6). Режимы работы устройства задаются оператором (10) через блок контроля и управления (7) с программным обеспечением (9). Питание осуществляется от источника (8). Технический результат изобретения состоит в создании высокоточного (погрешность менее 6 %) прибора для измерения приращений скорости при действии ускорений негравитационной природы порядка (10-6-10-10) м/с2. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ исследования воздушной взрывной волны и устройство для его реализации // 2564690

Изобретение относится к области технической физики и касается способа и устройства для исследования воздушной взрывной волны. В исследуемой среде создают насыщенный пар, близкий к критической точке фазового перехода. Пропускают через среду плоские лазерные лучи, проходящие через источник взрывной волны, и регистрируют оптическое поле перпендикулярно плоскости прохождения луча. Дополнительно, в среду распространения добавляют пыль для образования центров конденсации или образуют их с помощью ионизирующего излучения. Устройство для реализации способа содержит источник взрывной волны, находящийся в замкнутом сферическом объеме. Сферический объем через трубки связан с источниками пара и пыли. В нижней части сферы установлены: ионизирующий источник, нагреватель, датчики давления и температуры. В верхней части сферы расположен оптический регистратор (телекамера). В горизонтальной плоскости под углом 90 градусов установлены 4 лазера с плоскими расширительными линзами. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности и точности измерений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения скорости ветра над водной поверхностью // 2616354

Способ определения скорости ветра над водной поверхностью, в котором получают при помощи двух оптических систем на основе линеек ПЗС-фотодиодов с разными направлениями визирования два пространственно-временных изображения водной поверхности. Стыкуют полученные изображения. Определяют направления распространения ветровых порывов по углам наклона полос ветровых порывов на пространственно-временных изображениях и известному углу между направлениями визирования. Скорость ветра определяют над каждой точкой водной поверхности в направлении визирования на основании модельной зависимости дисперсии уклонов волн. Технический результат заключается в разработке способа определения пространственного распределения по дальности скорости ветра над водной поверхностью по пространственно-временным изображениям водной поверхности при рассеянном небесном освещении (вне зоны солнечных бликов), полученным как с неподвижного основания, так и с движущегося носителя, и обладающего высокой помехоустойчивостью. 4 ил.