Измеритель баллистических параметров метательного оружия
Измеритель баллистических параметров метательного оружия относится к измерительной технике и предназначен для измерения начальной скорости и кинетической энергии (полной и удельной) снаряда любого метательного оружия: огнестрельного, пневматического, газового, газобаллонного, пружинного. Устройство содержит установленные на фиксированном расстоянии фотоэлектрические преобразователи-регистраторы прерывания снарядом светового потока, устройство измерения временного интервала между выходными сигналами фотоэлектрических преобразователей, логический анализатор, устройство ввода значений массы и диаметра снаряда, вычислитель, индикатор вычисленных параметров и измеритель электронного имитатора полета снаряда, содержащий задатчик эталонного временного интервала, вход которого через блок задержки соединен с логическим анализатором, а выход - с электронными ключами, включенными в цепь осветителей фотоэлектрических преобразователей с эталонным интервалом задатчика, соединенного через блок поправки с вычислителем измерителя. Обеспечено повышение точности измерений и непрерывность контроля функционирования основных узлов измерителя в процессе его работы. 1 ил.
Данное изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения начальной скорости и кинетической энергии (полной и удельной) снаряда любого метательного оружия (огнестрельного, пневматического, газового, газобаллонного, пружинного и т.п.).
Измеритель может быть использован при производстве указанных видов оружия и соответствующих снарядов, при создании пуленепробиваемых материалов и изделий, а также в экспертных учреждениях при установлении принадлежности объекта к огнестрельному оружию.
Известно предназначенное для этих целей устройство “Регистратор скорости полета пули РС-4”, МГП “Нанотех”, г. Санкт-Петербург, 1996 г. Указанное устройство содержит установленные на фиксированном расстоянии фотоэлектрические преобразователи - регистраторы прерывания снарядом светового потока, устройство измерения временного интервала между выходными сигналами фотоэлектрических преобразователей, логический анализатор, устройство ввода значений массы и диаметра снаряда, вычислитель и индикатор.
Существенными недостатками указанного устройства являются ограниченная точность измерений, препятствующая его использованию, например, при исследовании пуленепробиваемых материалов и изделий, а также отсутствие автоматической диагностики работоспособности основных узлов, в частности, фотоэлектрических преобразователей, работающих в экстремальных условиях, например, воздействие ударной волны при выстреле, значительные перегрузки при прямом попадании снаряда в установку, закопчение пороховыми газами оптических поверхностей. Последний недостаток особенно ощутим при криминалистической экспертизе огнестрельного оружия, когда зачастую накладываются ограничения на число производимых выстрелов.
Отмеченные недостатки устранены в предлагаемом устройстве. Оно отличается от известных тем, что в измеритель введены задатчик эталонного временного интервала, устройство измерения разности временных интервалов задатчика и фотоэлектрических преобразователей, блок задержки, электронные ключи и блок поправки, при этом вход задатчика через первый выход блока задержки соединен с первым выходом логического анализатора, а выходные цепи задатчика соединены с электронными ключами, включенными в цепи осветителей фотоэлектрических преобразователей, и с первым входом устройства измерения разности временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом устройства измерения временного интервала между выходными сигналами фотоэлектрических преобразователей и первым входом логического анализатора, второй вход которого соединен с выходом устройства ввода значений массы и диаметра снаряда, второй вход блока поправки соединен с выходом устройства измерения разности временных интервалов, а третий вход - со вторым выходом логического анализатора, при этом выход блока поправки соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с третьим выходом логического анализатора.
Указанные отличительные особенности позволяют повысить точность измерений и обеспечивают непрерывный контроль функционирования основных узлов в процессе работы измерителя.
Блок-схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.
Измеритель содержит установленные на фиксированном расстоянии L идентичные фотоэлектрические преобразователи 1 и 2, состоящие из фотоприемников 3, 4 и осветителей 5, 6 соответственно. Выходы фотоприемников 3, 4 соединены со входом устройства 7 измерения временного интервала сигналов фотоэлектрических преобразователей, а выходная цепь этого устройства соединена с одним из входов устройства 8 измерения разности временных интервалов и с одним из входов логического анализатора 9. Второй вход устройства 8 соединен с выходом задатчика 10 эталонного временного интервала, а второй вход логического анализатора 9 соединен с выходом устройства 11 ввода значений массы и диаметра снаряда. Логический анализатор 9 соединен через блок задержки 12 с входной цепью задатчика 10 и одним из входов вычислителя 13. Второй вход вычислителя 13 соединен с выходом устройства 8 через блок поправки 14, который соединен с одним из выходов логического анализатора 9. Выход вычислителя 13 соединен с индикатором 15 результатов вычислений. Кроме того, выходные цепи задатчика 10 соединены с электронными ключами 16, 17, включенными в цепь осветителей 5, 6 регистраторов 1, 2 соответственно.
Измеритель работает следующим образом.
Предварительно перед выстрелом в логический анализатор 9 через устройство 11 вводятся значения массы и диаметра снаряда исследуемого оружия. После производства выстрела снаряд последовательно пересекает световые потоки регистраторов 1 и 2, в результате чего на выходах фотоприемников 3, 4 появляются импульсы, передние фронты которых соответствуют моментам прерывания снарядом световых потоков в регистраторах 1, 2. Измеренное устройством 7 значение временного интервала между выходными сигналами фотоприемников через логический анализатор 9 поступает в вычислитель 13, осуществляющий вычисление начальной скорости полета снаряда по формуле:
где L - базовое расстояние между регистраторами;
- измеренный интервал между выходными сигналами регистраторов.
Далее вычислитель 13 рассчитывает значение полной кинетической энергии снаряда по формуле:
где m - масса снаряда;
v - рассчитанное значение скорости, а затем вычисляет удельную кинетическую энергию снаряда по формуле:
где Е - рассчитанное значение полной кинетической энергии снаряда;
d - диаметр снаряда.
Вычисленные значения баллистических параметров отображаются на индикаторе 15.
Введение устройств 8, 10, 12, 14, 16, 17, которые вместе можно назвать электронным имитатором полета снаряда, в данный измеритель позволяет реализовать непрерывный контроль работоспособности основных узлов измерителя и компенсировать аналоговые погрешности фотоэлектрических преобразователей. При включении в питающую сеть измерителя логический анализатор 9 через блок задержки 12 (0,1-0,5 с) запускает задатчик 10, который через электронные ключи 16, 17 поочередно с эталонным временным интервалом эт отключает на короткое время (10-20 мкс) осветители 5 и 6 фотоэлектрических преобразователей и анализирует поступающие через устройство 7 сигналы соответствующих фотоприемников 3, 4. Если логические уровни этих сигналов не соответствуют установленным значениям при работе или отключении осветителей 5, 6, логический анализатор 9 через вычислитель 13 передает на индикатор 15 информацию о неисправности соответствующего фотоэлектрического преобразователя. При соответствии упомянутых логических уровней заданным логический анализатор 9 передает измеренное устройством 7 значение интервала вычислителю 13, который рассчитывает по вышеприведенной формуле (1) скорость и отображает ее на индикаторе 15. Так как временной интервал формируется с учетом аналоговых погрешностей фотоэлектрических преобразователей и зависит от изменения интенсивности световых потоков при колебаниях питающих напряжений, температуры окружающей среды, степени загрязнения оптических поверхностей, инерционности фотоприемников и т.п. факторов, то измеренное значение , как правило, отличается от эталонного значения эт задатчика 10.
Соответственно, отображенная на индикаторе скорость отличается от заданной эталонной скорости электронного имитатора полета снаряда, но зато позволяет пользователю оценить работоспособность преобразователей в данный момент времени.
Одновременно устройством 8 определяется разность временных интервалов 
= эт- и значение с соответствующим знаком поступает в блок поправки 14 и вычислитель 13, который пересчитывает скорость с учетом поправки по формуле:
и также выводит полученное значение на индикатор 15. Если это пересчитанное значение соответствует заданному значению эталонной скорости имитатора, то это свидетельствует о нормальном функционировании всех узлов, составляющих отличительную особенность данного измерителя, и о его готовности к измерению баллистических параметров оружия.
Поправка хранится в блоке 14 до тех пор, пока на выходе устройства 7 не появятся сигналы с фотоприемников 3 и 4, обусловленные выстрелом исследуемого оружия, после чего по команде логического анализатора 9 из блока 14 в вычислитель 13 вводится поправка к значению измеренного интервала на выходе устройства 7 и вычислитель 13 вычисляет с учетом этой поправки скорость снаряда, полную и удельную кинетическую энергию снаряда с последующим выводом полученных значений на индикатор 15.
После каждого выстрела по окончании выводов результатов вычислений v, Е и Еу на индикатор 15, логический анализатор 9 через блок задержки 12 повторяет процесс тестирования измерителя, осуществляя тем самым диагностику работоспособности основных узлов и компенсацию погрешностей аналоговых регистраторов перед последующим выстрелом.
Выбор значения эталонной скорости имитатора (и соответственно, эталонного временного интервала, вырабатываемого задатчиком 10) определяется средним значением диапазона измеряемых начальных скоростей снаряда, например, 1000 м/с. Тогда в соответствии с формулой 1 при базовом расстоянии L=342 мм эталонный временной интервал задатчика составит 342 мкс.
Таким образом, в заявленном устройстве осуществляется непрерывное автоматическое тестирование работы измерителя, а погрешность измерения начальной скорости и ее остальных производных не превышает 0,3%, что существенно ниже погрешности известных аналогичных измерителей.
Заявленные отличительные особенности измерителя могут быть реализованы либо аппаратными средствами, либо на базе микропроцессорной техники. Оба этих варианта общеизвестны и широко описаны в технической литературе.
Источники информации
1. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987, - 352 с.: ил.; 21 см. (МРБ: Массовая радиобиблиотека; Вып.1111).
2. Шевкопляс. Б.В. Микропроцессорные структуры: Инж. решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. 511, [1] с.: ил.
Формула изобретения
Измеритель баллистических параметров метательного оружия, содержащий установленные на фиксированном расстоянии фотоэлектрические преобразователи-регистраторы прерывания снарядом светового потока, соединенные со входом устройства измерения временного интервала между выходными сигналами фотоэлектрических преобразователей, устройство ввода значений массы и диаметра снаряда, соединенное через логический анализатор с вычислителем, выход которого соединен с индикатором вычисленных параметров, отличающийся тем, что в измеритель введены задатчик эталонного временного интервала, устройство измерения разности временных интервалов задатчика и фотоэлектрических преобразователей, блок задержки, электронные ключи и блок поправки, при этом вход задатчика через первый выход блока задержки соединен с первым выходом логического анализатора, а выходные цепи задатчика соединены с электронными ключами, включенными в цепи осветителей фотоэлектрических преобразователей, и с первым входом устройства измерения разности временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом устройства измерения временного интервала между выходными сигналами фотоэлектрических преобразователей и первым входом логического анализатора, второй вход которого соединен с выходом устройства ввода значений массы и диаметра снаряда, второй вход блока поправки соединен с выходом устройства измерения разности временных интервалов, а третий вход - со вторым выходом логического анализатора, при этом выход блока поправки соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен с третьим выходом логического анализатора.
РИСУНКИ
