Устройство для обнаружения и определения скорости подвижного объекта

 

Использование: в области приборостроения для обнаружения и определения скорости подвижного объекта, создающего вокруг себя при движении электростатическое поле (низколетящих планеров, вертолетов, самолетов при взлете и посадке и др.). Сущность изобретения: устройство содержит датчик физического поля, регистр памяти, блок сравнения кодов, счетчик, вычитатель, блок задержки и регистрирующее устройство, при этом выход датчика физического поля соединен с управляющим входом блока сравнения кодов и входами счетчика и блока задержки, выход которого подключен ко входу вычитателя, выход которого связан со входом регистрирующего устройства и подключен ко входу блока сравнения кодов, выходы счетчика соединены с первой группой входов вычитателя и с первой группой входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами регистра памяти и со второй группой входов вычитателя, причем датчик физического поля содержит диэлектрическую подложку с электропроводящим слоем, конденсатор и дифференцирующую цепь, в этом датчике конденсатор закреплен на электропроводящем слое, выполненном сплошным, и электрически соединен с ним одним из выводов, конденсатор и дифференцирующая цепь соединены параллельно, а постоянная времени дифференцирующей цепи выбрана, исходя из обеспечения соотношения T = R·C<T, где T - постоянная времени дифференцирующей цепи, R и C - величины сопротивления резистора и емкости конденсатора дифференцирующей цепи; T_по - время движения подвижного объекта в зоне действия диаграммы направленности устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для обнаружения и определения скорости подвижных объектов (ПО), создающих вокруг себя при движении электростатическое поле (низколетящих планеров, вертолетов, самолетов при взлете и посадке и др.), т.е. для применения их в случаях, когда радиолокационные, оптические и другие устройства не могут быть использованы.

Недостатком радиолокационных средств является недостаточно высокая точность определения скорости низколетящих ПО, особенно обладающих малой эффективной поверхностью рассеивания, оптические средства требуют тщательного технического обслуживания оптических элементов и применены только в светлое время суток, а звуковые устройства могут использоваться преимущественно при сверхзвуковых скоростях полета.

Из известных средств обнаружения пролетающих ПО и определения их скорости наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее датчик, выполненный в виде листа изоляционного материала с нанесенными на него с одной стороны двумя печатными узорами из металла, при этом каждый узор состоит из системы прямоугольных полос металла, причем от одной, вертикальной полосы отходят ряд горизонтальных равномерно расположенных полос. Два узора располагаются на листе так, что горизонтальные полосы одного узора входят без касания в промежуток между горизонтальными полосами другого узора, а вертикальные полосы оказываются параллельными друг другу и располагаются на противоположных краях листа. При установке большого количества таких датчиков на пути движения ПО и подключении их выводов к измерительной схеме появляется возможность регистрации факта пролета и определения скорости ПО.

Техническим недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает измерение скорости контактным путем. С другой стороны, это устройство не способно обеспечить измерение скорости нескольких следующих друг за другом объектов, т.к. требует после каждого измерения замены листов.

Технический результат изобретения обнаружение и определение числа подвижных объектов и скорости каждого из них.

Указанный результат достигается тем, что в устройство, содержащее датчик физического поля и регистрирующее устройство, введены регистр памяти, блок сравнения кодов, счетчик, вычитатель и блок задержки, при этом выход датчика физического поля соединен с управляющим входом блока сравнения кодов и входами счетчика и блока задержки, выход которого подключен ко входу вычитателя, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства и выходом блока сравнения кодов, выходы счетчика соединены с первой группой входов вычитателя и с первой группой входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами регистра памяти и со второй группой входов вычитателя.

Датчик физического поля для бесконтактного изменения скорости ПО содержит диэлектрическую подложку с электропроводящим слоем, конденсатор и дифференцирующую цепь, причем конденсатор закреплен на электропроводящем слое, выполненном сплошным, и электрически соединен с ним одним из выводов, контактная поверхность диэлектрической подложки превышает контактную поверхность электропроводящего слоя, при этом конденсатор и дифференцирующая цепь соединены параллельно и постоянная времени T дифференцирующей цепи выбрана, исходя из условия T R·C<T, где R и C величины сопротивления резистора и емкости конденсатора дифференциальной цепи, T_по время движения ПО в зоне действия диаграммы направленности датчика.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения скорости ПО; на фиг. 2 конструктивная схема датчика физического поля; на фиг. 3 - диаграмма направленности датчика; на фиг. 4 графики зависимости величины заряда, образующегося при движении ПО, от времени работы устройства.

В соответствии с фиг. 1 структурная схема устройства для определения скорости ПО содержит датчик 1 физического поля (ДФП), регистр 2 памяти (РП), блок 3 сравнения кодов (БСЕ), счетчик (Сч) 4, блок 5 задержки (БЗ), вычитатель (В) 6, регистрирующее устройство (РУ) 7.

В устройстве выход датчика ДФП 1 соединен с управляющим входом блока БСКЗ и выходами счетчика Сч 4 и блока БЗИ 5, выход которого подключен ко входу вычитателя B6, выход которого связан со входом регистрирующего устройства РУ 7 и подключен также и ко входу блока БСКЗ. Выходы счетчика Сч4 соединены с первыми группами входов вычитателя В 6 и блока БСКЗ, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами регистра РП 2, и со второй группой входов вычитателя В 6.

В соответствии с фиг. 2 датчик ДФП1 содержит: 8 диэлектрическую подложку (ДП), 9 электропроводящий слой (ЭС), 10 конденсатор (К), 11 и 12 первый и второй выводы конденсатора К 10, 13 чувствительный элемент датчика (ЧЭ), 14 дифференцирующая цепь (ДЦ), содержащая конденсатор K 15 и резистор R 16.

Элементы ДП 8, ЭС 9 и К 10 образуют чувствительный элемент датчика.

В общем случае в состав датчика ДФП 1 для усиления его сигналов может быть введен измерительный усилитель (на фиг. 2 не показан).

Диэлектрическая подложка ДП 8 служит в качестве антикоррозионного покрытия и выполнена, например, из покрывной эмали на основе эпоксидной смолы, обладающей радиопрозрачными свойствами и работающей в диапазоне температур от -40 до +55^oC. При этом контактная поверхность подложки ДП 8 должна превышать контактную поверхность слоя ЭС 9 для уменьшения краевого эффекта.

Вывод 11 конденсатора К 10 припаян к слою ЭС 9, что повышает чувствительность датчика вследствие увеличения площади одной из обкладок, а второй вывод 12 конденсатора К 10 подключен непосредственно к измерительной схеме. Конденсатор К 10 прикреплен к слою 2, например, с помощью клея. Величина емкости конденсатора ДЦ 14 выбирается на основе экспериментальных данных, исходя из возможных пределов скорости ПО и параметров дифференцирующей цепи, для которой постоянная времени должна быть много меньше длительности дифференцируемого сигнала, т.е. должно быть выполнено условие T CR < T_по, где C емкость конденсатора К 13, R величина сопротивления резистора R 16.

Введение дифференцирующей цепи позволяет определить момент перехода сигнала датчика ДФП 1 через нулевое значение (фиг. 4), и тем самым разрешается неопределенность от наличия помех, имеющих место в сигнале при отсутствии этой цепи, т.е. введение дифференцирующей цепи позволяет повысить точность определения скорости ПО. Момент перехода датчика ДФП 1 через нулевое значение соответствует минимальному расстоянию до ПО.

Диаграмма направленности ДФП 1 (фиг. 3) определяется выражением F A cosγ а форма сигнала, снимаемого с датчика ДФП 1, имеет вид, показанный на фиг. 4, и получена при многократных испытаниях электростатических датчиков.

Исходя из теории электростатики, величина сигнала, регистрируемого датчиком ДФП1, создаваемого зарядом Q равна

где k коэффициент пропорциональности,
r расстояние между датчиком и зарядом.

При движении заряда с относительной скоростью V получаем:
r² h² + (Vt)²,
где t время, отсчитываемое от момента, когда r r_min h,
т.е. h минимальное удаление ПО относительно места установки датчика.

Максимальное же значение сигнала при t 0 будет

Обозначая через τ время, по истечении которого величина A уменьшается от своего максимального значения A_max до значения A_max (N>1), находим

Из сравнения выражений (1) и (2) получаем

Из выражения (3) следует, что измерив t и зная величину h (например, определенную по радиовысотомеру ПО или полученную по данным телеметрической информации), определяют скорость ПО, даже без определения величины заряда, причем при помощи только одного электростатического датчика в схеме устройства. При этом форма кривой (фиг. 4) в процессе движения ПО над местом установки датчика ДФП 1 записывается, например, с помощью осциллографа, входящего в состав РУ 7, по полученной кривой определяется значение t, либо время t определяется с помощью специального таймера или реле времени, входящего в состав БЗ 5, рассчитанных на малые промежутки времени и срабатывающих по сигналу от датчика ДФП 1. С помощью блока БЗ 5 также подается сигнал на отключение вычитателя 6 после определения скоростей всей группы объектов.

Устройство работает следующим образом. При пролете над предлагаемым устройством, как и на других участках движения, вокруг ПО образуется электрическое поле, обусловленное собственными электростатическими зарядами, а также связанное с искажением однородного электрического поля атмосферы корпусом ПО. По наличию этого поля с помощью датчика ДФП 1 обнаруживается ПО, при этом на датчике наводится электрический заряд. Сигнал от датчика ДФП 1 включает счетчик Сч 4 и блок БСК З, на который поступает код от РП 2, соответствующий заданному числу ПО в группе (например, код числа 15), а также БЗ 5, включающий вычитатель В 6. При этом в счетчике Сч 4 суммируется число импульсов, соответствующих числу пролетевших ПО, и сигнал от Сч 4 поступает в БСК З и вычитатель В 6, куда вводится с регистра РП 2 код, соответствующий числу ПО в группе. В вычитателе В 6 определяется разность в виде кодов между заданным или априорно предполагаемым числом ПО, пролетевших над местом установки предлагаемого устройства.

Эта разность определяет число ПО, не обнаруженных или не попавших в зону действия ДФП 1, т.е. в вычитателе фиксируется, например, разность кодов 111
0001 1110 (т.е. 15 1 14)
1111 0010 1101 (15 2 13),
1111 1110 0001 (16 14 1).

При пролете всех ПО имеем: 1111 1111 0000 (15 15 0), в этом случае срабатывает БСК и сигнал, соответствующий пролету всех объектов, подается в регистрирующее устройство У 7. Сигнал с вычитателя В 6 поступает на РУ 7. Сигнал о числе пролетевших объектов с вычитателя В 6 может быть также передан по радиолинии (на фиг. 1 не показан) на пункт приема информации.

Включение и выключение устройства производится вручную или сигнал управления включением устройства формируется в момент вхождения ПО в зону действия ДФП 1, при этом сигнал с ДФП 1 подается через усилитель на включение источника питания.

Предлагаемое устройство позволяет определить число пролетевших ПО и скорость каждого из них, причем в широком диапазоне расстояний между ПО и местом установки данного устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения и определения скорости подвижного объекта, содержащее электростатический датчик и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в него введены регистр памяти, блок сравнения кодов, счетчик, вычитатель и блок задержки, при этом выход электростатического датчика соединен с управляющим входом блока сравнения кодов и входами счетчика и блока задержки, выход которого подключен к входу вычитателя, выход которого связан с входом регистрирующего устройства и подключен к входу блока сравнения кодов, выходы счетчика соединены с первой группой входов вычитателя и с первой группой входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами регистра памяти и с второй группой входов вычитателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический датчик содержит диэлектрическую подложку с электропроводящим слоем, конденсатор и дифференцирующую цепь, при этом конденсатор закреплен на электропроводящем слое, выполненном сплошным и электрически соединен с ним одним из выводов, причем конденсатор и дифференцирующая цепь соединены параллельно.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что постоянная времени дифференцирующей цепи электростатического датчика удовлетворяет соотношению
T RC < T_п.0,
где Т постоянная времени дифференцирующей цепи;
R и C соответственно величины сопротивления резистора и емкости конденсатора дифференцирующей цепи;
T_п.o время движения подвижного объекта в зоне действия диаграммы направленности устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4