Способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта

Изобретение относится к фотограмметрическим методам определения скорости движения объектов при проведении аэробаллистических, террадинамических, ударных, осколочных и других видов испытаний. Способ включает установку вдоль траектории полета метаемого объекта фоторегистраторов, размещение в вертикальной плоскости вдоль линии прицеливания в области фоторегистрации экранов с нанесенными масштабными ортогональными сетками и осью координат. В области фоторегистрации размещают реперные метки, экраны устанавливают непосредственно в плоскости стрельбы, ось координат совмещают с линией прицеливания. До запуска метаемого объекта каждым фоторегистратором фотографируют соответствующий участок каждого экрана, затем экраны убирают, производят запуск метаемого объекта и фотографирование двух его последовательных положений. Одно из изображений для каждого участка фоторегистрации делают полупрозрачным и накладывают на другое с совмещением реперных меток. Расстояние между двумя последовательными положениями метаемого объекта определяют по масштабной сетке на полученных совмещенных изображениях. Изобретение позволяет исключить влияние параллакса, повысить точность определения скорости и технологичность процесса подготовки измерительного оборудования к испытанию. 5 ил.

 

Изобретение относится к фотограмметрическим методам определения скорости движения объектов при проведении аэробаллистических, террадинамических, ударных, осколочных и других видов испытаний. Преимущественная область применения - определение скорости метаемого объекта (МО) при проведении испытаний в условиях полигона вне стационарных баллистических трасс.

Для изучения быстродвижущихся объектов находит применение фотограмметрический метод, описанный в книге А.Н.Лобанова «Фототопография. Наземная фотограмметрическая съемка», изд-во геодезической литературы, Москва, 1960, стр.163. Метод заключается в многократном синхронном фотографировании движущегося объекта на два неподвижных снимка, что делает возможным определение кинематических параметров движения, характеризующих пространственные координаты последовательных положений объекта. Для этой цели используют традиционную методику наземной съемки, основанную на различных способах прямой фотограмметрической засечки. Скорость движения объекта рассчитывают по его последовательным мгновенным положениям. При этом летящий объект фотографируют через равные промежутки времени при помощи прикрепленного к нему трассера, в результате чего на снимке получается изображение траектории в виде пунктирной линии. По снимкам определяют координаты точек траектории, соответствующих произведенным во время съемки экспозициям, и вычисляют расстояния между ними. Зная расстояния между соседними точками траектории и интервал времени между экспозициями, вычисляют скорость объекта на различных участках траектории. Точность определения параметров пространственного положения объекта определяется, в основном, погрешностью измерения координат снимков и погрешностью внутреннего и внешнего ориентирования снимков, что предполагает тщательную геодезическую привязку реперной системы и фоторегистрирующей аппаратуры в геодезической (неподвижной) системе координат, что, в свою очередь, ограничивает область применения метода стационарными баллистическими трассами.

Известен способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта, основанный на проведении его силуэтно-теневого фотографирования, описанный в книге С.И.Герасимова, Ю.И.Файкова «Теневое фотографирование в расходящемся пучке света», Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 2010. - стр.171-180, 300, выбранный в качестве прототипа для заявляемого способа. В схеме силуэтно-теневого фотографирования осуществляют одновременное фотографирование теневого изображения модели и ее силуэта на фоне координатной сетки экрана. По взаимному расположению силуэта и тени на фоне неподвижной координатной сетки определяют пространственные координаты объекта. Имея несколько зафиксированных положений МО и зная времена экспонирования фотопленки, вычисляют скорость объекта на траектории.

С целью определения скорости движения МО используют расположенный в вертикальной плоскости параллельно линии прицеливания экран с нанесенной на него масштабной сеткой (мерный экран), несколько регистрирующих фотокамер и точечных источников света, размещенных вдоль линии прицеливания. В момент пролета МО областей фоторегистрации производят фотографирование заданных областей и регистрируют моменты экспонирования пленки (светочувствительного элемента фоторегистратора). Значение скорости полета МО определяют как частное от деления расстояния между двумя последовательными положениями МО на разность времен фиксации этих положений. Ввиду того, что траектория полета МО и мерный экран находятся на некотором расстоянии друг от друга, то для определения расстояния между положениями МО по фотоснимкам необходимо учитывать явление параллакса, для корректного учета которого необходима тщательная предварительная геодезическая привязка мерного экрана, фоторегистрирующей аппаратуры и линии прицеливания, что в полевых условиях обеспечить крайне затруднительно.

Решаемой технической задачей является создание для полигонных испытаний технологически простого способа бесконтактного определения скорости метаемого объекта, основанного на использовании фотограмметрических методов, корректно учитывающего явление параллакса и, вследствие чего, повышающего точность определения скорости.

Ожидаемый технический результат при использовании заявляемого способа заключается в повышении точности измерения скорости метаемого объекта, исключении влияния параллакса при проведении фотограмметрических измерений, а также в существенном упрощении процесса подготовки измерительного оборудования к опыту ввиду отсутствия трудоемкой и технологически сложной операции геодезической привязки линии прицеливания, мерного экрана и фоторегистрирующей аппаратуры.

Технический результат достигается за счет применения способа бесконтактного определения скорости метаемого объекта, включающего установку вдоль траектории полета метаемого объекта по крайней мере одного фоторегистратора, размещение в вертикальной плоскости вдоль линии прицеливания в области фоторегистрации по крайней мере одного экрана с нанесенной на него масштабной ортогональной сеткой и осью координат, запуск МО, фотографирование двух последовательных положений движущегося МО, регистрацию моментов экспонирования светочувствительных элементов каждого фоторегистратора, определение по полученным изображениям скорости метаемого объекта как частного от деления расстояния между двумя последовательными положениями МО к разности времен фиксации этих положений. В отличие от прототипа в области фоторегистрации размещают реперные метки, экран устанавливают непосредственно в вертикальной плоскости стрельбы, ось координат каждого экрана совмещают с линией прицеливания. До запуска МО каждым фоторегистратором фотографируют соответствующие участки каждого экрана, затем экраны убирают и производят запуск метаемого объекта. Полученные изображения каждого положения МО накладывают на соответствующие изображения экранов, полученные до запуска МО, с совмещением реперных меток. При этом по крайней мере одно из изображений для каждого участка фоторегистрации делают полупрозрачным. Расстояние между двумя последовательными положениями метаемого объекта определяют по масштабной сетке на полученных совмещенных изображениях.

Размещение реперных меток в области фоторегистрации дает возможность правильного позиционирования совмещаемых изображений при случайном изменении ракурса съемки.

Установка экранов непосредственно в плоскости стрельбы позволяет исключить влияние параллакса при проведении фотограмметрических измерений, поскольку и МО, и масштабная ортогональная сетка, по которой определяют его пространственное положение, находятся в одной плоскости. Такой подход повышает точность определения продольной координаты МО, а следовательно, и его скорости движения. При этом ракурс съемки не влияет на процесс определения продольной координаты МО, что, во-первых, снимает требования геодезической привязки линии прицеливания, экранов и фоторегистрирующей аппаратуры и, во-вторых, снижает требования к точности запуска регистрирующей аппаратуры, что существенно упрощает процесс подготовки измерительного оборудования к испытаниям. (В прототипе для уменьшения влияния параллакса при проведении фотограмметрических измерений экран максимально, насколько это было возможным, приближали к линии прицеливания, а также стремились, чтобы изображение МО находилось в центре снимка на оптической оси фоторегистратора).

Кроме того, исключение влияния параллакса при проведении фотограмметрических измерений позволяет иметь корректные измерения продольных координат нескольких положений МО при увеличенной зоне регистрации при многократном экспонировании пленки, что допускает использование одного фоторегистратора для определения скорости движения МО.

Совмещение оси координат с линией прицеливания и установка каждого экрана в вертикальной плоскости обеспечивают требуемое позиционирование масштабной ортогональной сетки для корректного определения продольной координаты МО, отклонения МО от линии прицеливания и угла тангажа. При этом оптические искажения, возникающих в процессе фоторегистрации, например сферическая аберрация, одинаково сказываются как на изображении координатной сетки, так и объекта.

Фотографирование до запуска МО каждым фоторегистратором соответствующих участков экранов обеспечивает координатную привязку области регистрации в системе координат, связанной с экранами.

Фотографирование последовательных положений МО при убранных экранах обеспечивает возможность свободного движения метаемого объекта и получение его изображений на участках фоторегистрации.

Выполнение одного из изображений для каждого участка фоторегистрации полупрозрачным и последующее его наложение на другое с совмещением реперных меток позволяет получить совмещенные изображения масштабной сетки и метаемого объекта, исключить возможное случайное между двумя последовательными снимками изменение ракурса съемки, определить по масштабной сетке на полученных совмещенных изображениях расстояние между двумя последовательными положениями МО и его скорость движения.

Изобретение поясняется фигурами: фиг.1 - схема размещения оборудования при осуществлении способа (вид в плане); фиг.2 - внешний вид экрана с нанесенной на него масштабной ортогональной сеткой и осью координат; фиг.3 - изображения участков фоторегистрации до опыта с соответствующими участками экрана и реперными метками; фиг.4 - изображения участков фоторегистрации в процессе проведения опыта в моменты пролета МО; фиг.5 - совмещенные изображения участков экрана с масштабной сеткой и МО.

Заявляемый способ определения скорости метаемого объекта осуществляется следующим образом.

Вдоль траектории полета 1 метаемого объекта 2 на заданном расстоянии друг от друга (~1.5 м) устанавливают, в данном случае, два фоторегистратора 3. В области фоторегистрации 4 размещают реперные метки 5 и, в данном случае, один экран 6 с нанесенной масштабной ортогональной сеткой 7 и осью координат 8 (фиг.1÷3). Экран 6 вывешивают в вертикальной плоскости 9, ось 8 его совмещают с линией прицеливания 10 при помощи лазерного целеуказателя (на фиг. не показан), устанавливаемого в канал ствола 11 со стороны дульного среза. До запуска метаемого объекта 2 каждым фоторегистратором 3 фотографируют соответствующий участок экрана 12 (фиг.3), затем экран 6 убирают. Производят запуск метаемого объекта 2 и фотографирование двух его последовательных положений (фиг.4), регистрируя при этом моменты экспонирования светочувствительных элементов фоторегистраторов (фотопленки или матрицы цифрового фотоаппарата). При помощи средств графического редактора одно из изображений для каждого участка экрана делают полупрозрачным и накладывают на другое с совмещением реперных меток 5 (фиг.5). По полученным совмещенным изображениям участков экрана 12 и метаемого объекта 2 определяют расстояние между двумя последовательными положениями метаемого объекта 2, скорость которого вычисляют как частное от деления полученного расстояния к разности времен фиксации этих положений.

Предложенный способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта, основанный на использовании фотограмметрических методов, позволяет исключить влияние параллакса, существенно повысить точность определения скорости МО и технологичность процесса подготовки измерительного оборудования к испытаниям.

Предлагаемый способ определения скорости метаемого объекта был экспериментально апробирован при проведении аэробаллистических испытаний на многоцелевом испытательном комплексе РФЯЦ-ВНИИЭФ. Отклонение величины скорости, полученной вышеописанным способом, от величины скорости, полученной с использованием контактных электрохронографических датчиков пробойного типа (наиболее точный на сегодняшний день способ определения скорости движения МО), составляет 0.2%.

Способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта (МО), включающий установку вдоль траектории полета МО по крайней мере одного фоторегистратора, размещение в вертикальной плоскости вдоль линии прицеливания в области фоторегистрации по крайней мере одного экрана с нанесенной на него масштабной ортогональной сеткой и осью координат, запуск МО, фотографирование двух последовательных положений движущегося МО, регистрацию моментов экспонирования светочувствительных элементов каждого фоторегистратора, определение по полученным изображениям скорости МО как частного от деления расстояния между двумя последовательными положениями МО на разность времен фиксации этих положений, отличающийся тем, что в области фоторегистрации размещают реперные метки, ось координат каждого экрана совмещают с линией прицеливания, до запуска МО каждым фоторегистратором фотографируют соответствующие участки каждого экрана, затем экраны убирают и производят запуск МО, полученные изображения каждого положения МО накладывают на соответствующие изображения экранов, полученные до запуска МО, с совмещением реперных меток, причем перед наложением изображений по крайней мере одно из них делают полупрозрачным, расстояние между двумя последовательными положениями МО определяют по масштабной сетке на полученных совмещенных изображениях.



 

Похожие патенты:

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

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

Изобретение относится к контрольной измерительной технике и может быть использовано для определения скорости и ускорения метаемого элемента. .

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх