Способ определения скорости движения

Изобретение относится к области измерения параметров движения объектов и может быть применено для определения положения и скорости взаимного перемещения объектов. Способ включает определение зависимости во времени t составляющей b магнитной индукции, направленной вдоль или поперек направления движения объекта с помощью измерителя, расположенного на одном из объектов и взаимодействующего с источником магнитного поля, расположенным на другом объекте. В качестве источника магнитного поля используют постоянный магнит с плоскостью симметрии магнитного поля, совпадающей с направлением движения объекта, и намагниченностью, перпендикулярной или параллельной направлению движения объекта. Определяют первую производную зависимости b(t), выбирают одно или более экстремальных значений П зависимости (db/(dt)(t), а скорость движения объекта определяют по формуле ν=П/А, где А - соответствующее параметру П экстремальное значение первой производной зависимости параметра b от длины в направлении движения объекта. Кроме того, дополнительно определяют одно из экстремальных значений bм зависимости b(t), а параметр А выбирают из семейства градуировочных зависимостей A(bм). Изобретение позволяет повысить точность определения мгновенной скорости движения объекта и упростить устройство для реализации способа. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области измерения параметров движения объектов и может быть применено для определения положения и скорости взаимного перемещения объектов.

Известен способ определения скорости объекта, движущегося относительно другого объекта [1], при котором измеряют сигнал с преобразователя магнитного поля в виде катушки индуктивности, установленной на неподвижном основании (стволе), охватывающем движущийся объект (снаряд). Катушка взаимодействует с двумя источниками магнитного поля в виде кольцевых постоянных магнитов, установленных на снаряде, с намагниченностью, ориентированной вдоль направления его движения. При прохождении снаряда с постоянными магнитами вблизи катушки потокосцепление (магнитный поток) в ней изменяется и появляются сигналы (эдс), по которым определяют скорость движения объекта.

Недостатками известного способа являются: низкая точность определения мгновенной скорости объекта в месте расположения датчика из-за усреднения времени прохождения объекта на базе конечной длины (расстоянии между постоянными магнитами в направлении движения снаряда); сложность устройства для реализации способа, обусловленная необходимостью применения двух источников магнитного поля; низкая точность определения скоростей движения объекта в области малых значений из-за снижения чувствительности преобразователя магнитного поля, выполненного на основе катушки индуктивности.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ измерения скорости с помощью устройства [2]. Он заключается в том, что измеряют интервал Δt времени между сигналами измерителя магнитного поля, установленного на одном из объектов, движущемся относительно неподвижного основания, и взаимодействующего с двумя источниками магнитного поля, расположенными на другом, неподвижном, объекте - основании. Скорость движения объекта (усредненное значение на заданной базе) определяется расстоянием между источниками магнитного поля и временем прохождения объекта от одного источника к другому.

Недостатками способа-прототипа являются: низкая точность определения мгновенной скорости объекта в месте расположения датчика из-за усреднения времени прохождения объекта на достаточно большой базе (расстоянии между источниками магнитного поля в направлении движения объекта); сложность устройства для реализации способа, обусловленная необходимостью применения двух источников магнитного поля.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности определения мгновенной скорости движения объекта и упрощение устройства для реализации способа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения скорости движения одного объекта относительно другого, включающем определение зависимости во времени t параметра магнитного поля с помощью измерителя, расположенного на одном из объектов и взаимодействующего с источником магнитного поля, расположенным на другом объекте, и определение скорости с использованием указанной зависимости, согласно изобретению в качестве источника магнитного поля используют постоянный магнит с плоскостью симметрии магнитного поля, совпадающей с направлением движения объекта, и намагниченностью, перпендикулярной или параллельной направлению движения объекта, измеряют во времени составляющую b магнитной индукции В, лежащую в указанной плоскости и направленную вдоль или поперек направления движения объекта. Далее определяют первую производную зависимости b(t), выбирают одно или более экстремальных значений П зависимости (db/dt)(t) а скорость движения объекта определяют по формуле ν=П/А, где А - соответствующее параметру П экстремальное значение первой производной зависимости параметра b от длины в направлении движения объекта.

Кроме того, дополнительно определяют одно из экстремальных значений bм зависимости b(t), а параметр А выбирают из семейства градуировочных зависимостей А(bм).

Выбор в качестве источника магнитного поля постоянного магнита с плоскостью симметрии магнитного поля, совпадающей с направлением движения объекта, позволяет использовать градуировочные зависимости составляющих b магнитной индукции от длины l в направлении взаимного перемещения объектов, т.е. характеристики b(l), для вычисления скорости движения объекта по измеряемой зависимости b(t). При этом дополнительное определение одного из экстремальных значений bм на измеряемой временной характеристике и использование семейства градуировочных зависимостей А(bм) дает возможность устранить влияние неконтролируемого расстояния δ между измерителем и магнитом в момент отсчета показаний, поскольку параметр bм однозначно связан с указанным расстоянием. Ориентация намагниченности магнита и оси чувствительности датчика магнитного поля вдоль или поперек направлению движения объекта обеспечивает получение простых, симметричных относительно начала координат, характеристик b(l).

Таким образом, имеется возможность с помощью одного магнита и одного датчика магнитного поля (вместо обычно применяемых двух датчиков и одного источника либо двух источников и одного датчика магнитного поля) определять мгновенную скорость в месте расположения датчика независимо от расстояния δ между ним и магнитом.

Из уровня техники известен способ измерения мгновенной скорости вращения [3] по максимальному значению эдс с катушки индуктивности, установленной на вращающемся валу и взаимодействующей с магнитным полем постоянного магнита, расположенного на неподвижном объекте (основании). Недостатком способа с использованием катушки индуктивности является низкая точность определения максимального значения эдс из-за влияния помех, наводимых в катушке, а также ограниченные возможности миниатюризации устройства из-за больших габаритов катушек по сравнению с измерителями магнитного поля (например, датчиками Холла). Кроме того, необходимость изготовления специальных катушек создает неудобства при серийном изготовлении устройств и приводит к их удорожанию.

Другие существенные отличительные от прототипа признаки предлагаемого технического решения не обнаружены из уровня техники, поэтому считаем, что оно соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема взаимного положения постоянного магнита с плоскостью симметрии магнитного поля, совпадающей с направлением движения объекта, и датчика магнитного поля с осью чувствительности, лежащей в указанной плоскости и направленной перпендикулярно направлению движения объекта; на фиг.2 - то же, с осью чувствительности датчика, ориентированной вдоль направления движения объекта; на фиг.3 - зависимость от времени t составляющей b магнитной индукции на ось чувствительности датчика по схеме фиг.1; на фиг.4 - то же для составляющей b магнитной индукции на ось чувствительности датчика по схеме фиг.2; на фиг.5 - первая производная зависимости b(t) по фиг.3; на фиг.6 - первая производная зависимости b(t) по фиг.4; на фиг.7 - зависимость составляющей b магнитной индукции на ось чувствительности датчика по схеме фиг.1 от длины l в направлении движения магнита; на фиг.8 - то же, для составляющей b магнитной индукции на ось чувствительности датчика по схеме фиг.2; на фиг.9 - первая производная зависимости b(l) по фиг.7; на фиг.10 - первая производная зависимости b(l) по фиг.8; на фиг.11 - градуировочная зависимость параметра А от выбранного экстремального значения bм магнитной индукции.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1, 2) состоит из источника магнитного поля - постоянного магнита 1 с плоскостью симметрии магнитного поля (плоскостью, проходящей через ось симметрии магнитного поля), совпадающей с направлением движения объекта, и измерителя (датчика) 2 магнитного поля (например, датчика Холла), с осью чувствительности, лежащей в указанной плоскости. При цилиндрической форме магнита с осевой намагниченностью плоскости симметрии магнитного поля проходят через ось цилиндра, а при выполнении магнита в форме прямоугольного параллелепипеда (в частности, куба) такие плоскости проходят через центр параллелепипеда параллельно граням (в кубе - также по ребрам), совпадающим по направлению с намагниченностью магнита. Магнит располагается на движущемся объекте, а датчик - на неподвижном объекте (объекты на фигурах не показаны), направление перемещения магнита относительно датчика показано стрелкой. Намагниченность М постоянного магнита 1 в обоих случаях перпендикулярна направлению движения, а ось чувствительности датчика 2 в одном случае ориентирована поперек направления движения (фиг.1), в другом случае - вдоль направления движения объекта (фиг.2). Возможно также направление намагниченности магнита, совпадающее с направлением движения. Кроме того, магнит может располагаться на неподвижном, а датчик - на подвижном объекте.

Способ определения скорости движения объекта заключается в следующем.

При движении магнита 1, установленного на движущемся объекте, относительно датчика 2 (например, по схеме фиг.1) последний фиксирует изменяющееся во времени магнитного поле, при этом зависимость от времени t составляющей b магнитной индукции В будет иметь вид, показанный на фиг.3. После измерения зависимости b(t) вычисляют ее первую производную - (db/dt)(t) (фиг.5), выбирают на ней одно или более экстремальных значений П (например, минимальное П1 и/или максимальное П2 значения производных) и определяют мгновенную скорость движения объекта (скорость взаимного перемещения магнита и датчика) по формуле ν=П/А, где А - соответствующее выбранному параметру П экстремальное значение первой производной зависимости b(l) (фиг.7), например, минимальное A1 и/или максимальное А2 значения производных (фиг.9), соответствующих параметрам П1 и П2 на фиг.5. Зависимости b(l) (фиг.7) и (db/dl)(l) (фиг.9) характеризуют топографию магнитного поля вблизи магнита и при постоянной величине δ (фиг.1) на участке отсчета параметров П и А являются неизменными.

Аналогично осуществляется способ определения скорости движения объекта по схеме фиг.2. При движении магнита 1 относительно датчика 2 последний фиксирует зависимость b(t) (фиг.4). Вычисляют ее первую производную - (db/dt)(t) (фиг.6), выбирают на ней одно или более экстремальных значений П (например, минимальное П1 и/или максимальное П2 значения производных) и определяют мгновенную скорость движения объекта по формуле ν=П/А, где А - соответствующее выбранному параметру П экстремальное значение первой производной зависимости b(l) (фиг.8), например, минимальное A1 и/или максимальное А2 значения производных (фиг.10), соответствующих параметрам П1 и П2 на фиг.6.

Во всех случаях мгновенная скорость на участке снятия кривой b(t) определяется, вообще говоря, выражением ν=dl/dt=(db/dt)/(db/dl). Однако во всех точках зависимости b(t), кроме тех, которые соответствуют экстремальным значениям ее первой производной, установить соответствие между производными (db/dt) и (db/dl), т.е. определить скорость ν, не представляется возможным. Это возможно только в точках экстремумов на указанных производных, поскольку максимальное изменение параметра b на кривой (db/dt)(t) строго соответствует максимальному изменению b на кривой (db/dl)(l). При этом определяется мгновенная скорость движения в точках по длине l, соответствующих выбранным экстремумам A1 или А2 на кривой (db/dl)(l).

При непостоянстве зазора δ между магнитом 1 и датчиком 2 (фиг.1, 2) дополнительно определяют одно из экстремальных значений bм зависимостей b(t), а параметр А выбирают из семейства градуировочных зависимостей А1(bм) и/или А2(bм) (фиг.11). Поскольку параметр bм однозначно связан с величиной δ (с увеличением δ, как показано на фиг.3 и 4, от значения δ1 до δ2 параметр bм уменьшается от bм2 до bм2'), то представляется возможным увеличить точность определения скорости движения объекта за счет использования заранее снятых на магните характеристик А(bм), соответствующих выбранным экстремальным значениям А (A1 и/или А2, фиг.11).

Источники информации

1. Bogdanoff D.W., Knowlen С., Murakami D. and Stonich I. Magnetic Detector for Projectiles in Tubes. - AIAA Jornal, Vol.28, N11, 1990, p.p.1942-1944.

2. Описание к патенту РФ на изобретение «Датчик положения объекта» №2339957, G01P 3/42 (прототип).

3. Описание к патенту РФ на изобретение «Устройство для измерения мгновенной скорости вращения» №2227304, G01P 3/487.

1. Способ определения скорости движения одного объекта относительно другого, включающий определение зависимости во времени t параметра магнитного поля с помощью измерителя, расположенного на одном из объектов и взаимодействующего с источником магнитного поля, расположенным на другом объекте, и определение скорости с использованием указанной зависимости, отличающийся тем, что в качестве источника магнитного поля используют постоянный магнит с плоскостью симметрии магнитного поля, совпадающей с направлением движения объекта, и намагниченностью, перпендикулярной или параллельной направлению движения объекта, измеряют во времени составляющую b магнитной индукции В, лежащую в указанной плоскости и направленную вдоль или поперек направления движения объекта, определяют первую производную зависимости b(t), выбирают одно или более экстремальных значений П зависимости (db/dt)(t), а скорость движения объекта определяют по формуле ν=П/А, где А - соответствующее параметру П экстремальное значение первой производной зависимости параметра b от длины в направлении движения объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют одно из экстремальных значений bм зависимости b(t), а параметр А выбирают из семейства градуировочных зависимостей A(bм).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения скоростей движения транспортных средств с одновременной их идентификацией, осуществляемой с использованием радиоволн, например, при проведении испытаний или спортивных соревнований.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения скоростей движения транспортных средств и контроля за соблюдением норм и правил дорожного движения дорожно-патрульными службами ГИБДД.

Изобретение относится к индикаторам, реагирующим на прохождение метаемого тела, например пули, снаряда и т.п. .

Изобретение относится к устройствам, выполняющим измерения путем определения времени, необходимого для прохождения заданных расстояний метаемым телом. .

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров режима электрических машин, в частности к устройствам определения скольжения ротора асинхронных двигателей.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при измерении скорости движения тела. .

Изобретение относится к индикаторам, реагирующим на прохождение метаемого тела, например пули, снаряда и т.п., и выполняющим измерения путем определения времени, необходимого для прохождения заданных расстояний.

Изобретение относится к области баллистики, а именно к способам сообщения пуле электрического заряда, необходимого для измерения ее скорости методом наведенного тока.

Изобретение относится к технике регистрации быстропротекающих однократных процессов (быстрое горение, взрыв, высокоскоростное взаимодействие материалов, распространение ударных волн и т.п.).

Изобретение относится к индикаторам, реагирующим на прохождение метаемого тела, например пули, снаряда и т.д. .

Изобретение относится к области индикаторов, реагирующих на прохождение метаемого тела, например пули, снаряда, осколка и т.д

Изобретение относится к индикаторам, реагирующим на прохождение метаемого тела, например пули, снаряда и т.п

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в автоматических системах контроля и управления

Изобретение относится к полигонным испытаниям боеприпасов и может быть использовано, в частности, для определения закона разлета осколочного поля снаряда. Сущность изобретения заключается в осуществлении подрыва снаряда на траектории движения и формировании осколочного поля снаряда, определении количества осколков снаряда на основе анализа количества последовательных срабатываний чувствительных элементов линеек фотоприемников, определении координат движения осколков снаряда на основе информации о пространственных положениях сработавших чувствительных элементов линеек фотоприемников, определении скоростей движения осколков снаряда, определении геометрических размеров осколков снаряда в виде выражений lxi=ni, lyj=nj, lzi=nk, где ni, nj, nz - количества одновременно сработавших элементов в трех плоскостях, i, j, k - линейные размеры чувствительных элементов линеек фотоприемников в трех плоскостях, определении массы осколков в виде выражения mi=ρ·(ni·nj·nk), где ρ - плотность материала корпуса снаряда, определении координат Xi, Yi, Zi векторов движения осколков снаряда в виде выражения Xi=x1i-x2i, Yi=y1i-y2i, Zi=zli-z2i определяют углы подхода осколков к мишени в виде выражений , , осуществлении записи полученных данных в блок памяти, осуществлении передачи данных по линии неконтактной связи на микроЭВМ, определении закона разлета осколков по направлению, скорости и массе на основе экспериментальных данных. Также заявлено устройство, реализующее указанный способ. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к полигонным испытаниям боеприпасов и может быть использовано, в частности, для определения закона разлета осколочного поля снаряда. Сущность изобретения заключается в осуществлении подрыва снаряда на траектории движения и формировании осколочного поля снаряда, определении количества осколков снаряда на основе анализа количества последовательных срабатываний чувствительных элементов линеек фотоприемников, определении координат движения осколков снаряда на основе информации о пространственных положениях сработавших чувствительных элементов линеек фотоприемников, определении скоростей движения осколков снаряда, определении геометрических размеров осколков снаряда в виде выражений lxi=ni, lyj=nj, lzi=nk, где ni, nj, nk - количества одновременно сработавших элементов в трех плоскостях, i, j, k - линейные размеры чувствительных элементов линеек фотоприемников в трех плоскостях, определении массы осколков в виде выражения mi=ρ*(ni*nj*nk), где ρ - плотность материала корпуса снаряда, определении координат Xi, Yi, Zi векторов движения осколков снаряда в виде выражения Xi=x1i-x2i, Yi=y1j-y2i, Zj=zlj-Z2i определяют углы подхода осколков к мишени в виде выражения , , осуществлении записи полученных данных в блок памяти, осуществлении передачи данных по линии неконтактной связи на микро-ЭВМ, определении закона разлета осколков по направлению, скорости и массе на основе экспериментальных данных. Также заявлено устройство, реализующее указанный способ. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Группа изобретений относится к области полигонных испытаний боеприпасов. Предусмотрено дополнительное размещение двух датчиков на заданном расстоянии между собой, выполнение конструкции датчиков в виде трех перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и фотоприемников, осуществление подрыва снаряда на траектории движения и формирование поля поражения снаряда. При этом фиксируются моменты времени и количество последовательных срабатываний элементов фотоприемников дополнительных датчиков в процессе движения эшелонированных групп осколков снаряда к мишени, определяются временные интервалы между эшелонированными группами осколков снаряда на основе фиксации последовательностей моментов срабатывания датчиков. Далее производятся фиксирование комбинации сработавших элементов фотоприемников в трех плоскостях, определение координаты сработавших элементов фотоприемников на основе информации о комбинации сработавших элементов фотоприемников. На основе данных о координатах и временных интервалах сработавших элементов фотоприемников дополнительных датчиков определяются скорости движения эшелонированных групп осколков снаряда. Определяются также три координаты векторов движения эшелонированных групп осколков снаряда и углы подхода эшелонированных групп осколков снаряда к мишени. Выполняется индикация величин скоростей движения эшелонированных групп осколков снаряда, геометрических размеров эшелонированных групп осколков снаряда в трех плоскостях, углов подхода эшелонированных групп осколков снаряда к мишени. Группа изобретений позволяет повысить информативность испытаний боеприпасов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области полигонных испытаний, в частности для определений условий подхода снаряда к мишени. Способ заключается в использовании датчиков в виде линеек фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, фиксации сработавших элементов фотоприемников первого и второго датчиков в момент пролета снаряда, определении координат движения метаемого тела, выдачи информации о скорости метаемого тела, координат его пролета относительно первого и второго датчиков и углов похода снаряда к мишени. Изобретение позволяет повысить информативность определения условий подхода снаряда к мишени. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к внешнетраекторной регистрации параметров пролета метаемого объекта (МО). Способ включает установку по траектории полета метаемого объекта в начале и конце мерной базы индукционных датчиков, регистрацию моментов времени пролета первого и второго измерительных сечений и времени пролета объектом мерной базы, формирование сигнала на запуск хронографических регистрирующих систем после пролета метаемым объектом первого измерительного сечения. Индукционные датчики выполняют содержащими полесоздающие и полевоспринимающие устройства, установленные в измерительных сечениях напротив друг друга с возможностью пролета между ними метаемого объекта, в числе регистрирующих систем дополнительно запускают фотовидеорегистрирующую систему, которую размещают на расстоянии от второго измерительного сечения, равном или меньшем длины мерной базы, а формирование сигнала на запуск фотовидеорегистрирующей системы производят с синхронизацией по заданным координатам траектории полета в единой шкале времени проведения измерений с задержкой по времени относительно импульса поджига заряда метательной установки, равной времени пролета метаемым объектом мерной базы. Измеритель состоит из первого 27 и второго 28 индукционных датчиков, регистрирующих момент времени пролета метаемым объектом 29 первого 30 и второго 31 измерительных сечений мерной базы. Датчики 27 и 28 жестко закреплены в фиксирующих сечениях 30 и 31 перпендикулярно направлению движения МО в едином каркасе 33, выполненном с возможностью перемещения вдоль траектории полета метаемого объекта 29. Каждый индукционный датчик 27, 28 выполнен содержащим полесоздающее (постоянный магнит) и полевоспринимающее (катушка индуктивности) устройства (1, 3 и 2, 4 соответственно), установленные в измерительных сечениях 30 и 31 напротив друг друга с возможностью пролета между ними метаемого объекта 29. Измеритель также содержит счетное устройство 11, первую 10, вторую 12 и третью 15 схемы согласования, первый 5 и второй 7 формирователи импульсов, схему переключения режима 6, генератор тактовых импульсов 8, схему обнуления 9, схему совпадения «И» 14, первый 13 и второй 16 идентичные расширители импульсов, первый 17, второй 20 и третий 18 выходные каскады, адаптер связи ПЭВМ 19, цифровое табло 25 (для отображения скорости пролета МО через фиксирующие сечения), ПЭВМ 23. Технический результат заключается в повышении надежности и точности хронографирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к проблеме передачи энергии на снаряд во время прохождения сквозь ствол и/или через дульный тормоз. Согласно предлагаемому способу передачу энергии снаряду выполняют индуктивными и/или емкостными датчиками. Для передачи энергии используют волновод, так как в волноводе сконцентрировано электромагнитное поле. Применяемая система передачи энергии состоит, по меньшей мере, из волновода, который находится в области ствола, например, между дульным тормозом и стволом орудия. Передающий соединитель питается от генератора сигналов. Снаряд имеет, по меньшей мере, один датчик, который принимает сигнал и заряжает накопитель в снаряде. Кроме того, данная система используется для измерения начальной скорости снаряда V0. Достигается простая компоновка системы, позволяющей осуществлять оптимальную передачу энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх