Датчик момента начала удара

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к измерительной технике, используемой в основном при испытаниях боеприпасов, в частности взрывателей контактного действия.
Для измерения временных параметров контактных взрывателей в большинстве случаев необходимо зафиксировать момент начала удара (встречи с целью). Испытания контактных взрывателей производятся с имитацией реальных ударных воздействий на ударных копрах типа «Массет» (Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл №ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408 77-30569/322339 Особенности воспроизведения ударных воздействий при механических испытаниях. # 02, февраль 2012 авторы: Ефремов А.К., Капустян А.В. УДК 620.178.) или бросанием в составе имитатора боеприпаса по ОСТ В 84-1098-75.
Известны датчики момента начала удара электромагнитного типа с различными схемами устройства подвижного тела и контактов (например, авторское свидетельство СССР №312204 от 08.12.1969 г, патент RU №2149459 С1 от 15.02.1999 г, патент RU №2029372 С1 от 18.06.1991 г), пьезоэлектрические датчики - серийно выпускаемые акселерометры и датчики со специальной формой пьезоэлемента (например, патент RU №2684139 С1 от 15.09.2013 г, патент RU №2533539 С1 от 27.05.2013 г, патент RU №2621467 С1 от 30.06.2016 г). Обладая высокой чуствительностью, как известные пьезодатчики, или низкой ударной стойкостью, как электромагнитные датчики, и достаточной технологической сложностью они мало пригодны для работы при больших ударных нагрузках. Недостатками известных пьезодатчиков является большой спектр побочных колебаний, требующих применения дополнительной обработки для выделения основного сигнала, а электромагнитные датчики при больших ударах разрушаются или требуют использование защиты, значительно усложняющей конструкцию.
Наиболее близким аналогом можно считать датчик удара по патенту RU№2621467 С1.
-2
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании более надежного и конструктивно простого устройства для определения момента начала удара при больших ударных нагрузках (сила удара порядка десятков тысяч Н, ускорение тысячи мс).
Данная задача решается за счет того, что в качестве измерительного элемента датчика сигнала используется пьезокерамический элемент для взрывателей по ГОСТ В 16437-86 из материала ЦТС-19 цилиндрической формы, деформируемый при ударе по оси поляризации, причем корпус датчика помещается в корпус, устанавливаемый в ударник испытательного оборудования, передающий удар на изделие, при этом для снижения помех корпус датчика заключен в амортизирующий материал, а сигнал на нагрузку (измеритель) подается через диод. Такое решение обеспечивает устойчивость датчика к большим ударам, т.к. предел усилия при сжатии пьезоэлемента составляет не менее 23600 Н. При ударе в цель усилие удара боеприпаса достигает 50000-100000 Н. В то же время при усилии сжатия в 5000Н создается заряд
33
12
-8
Q=d⋅F=270⋅10-Kл/H⋅5000Н=135⋅10Kл,
-12
что обеспечивает на входной емкости нагрузки С=1000⋅10Ф выходной сигнал
-8
-12
U=Q/C=135⋅10Кл/1000⋅10Ф=1350 В,
33
где d - пьезомодуль элемента в статическом режиме, Кл/Н;
Q - заряд, Кл;
F - сила удара, Н;
С - емкость входа, Ф;
U - напряжение сигнала, В.
Амортизация снижает силу сжатия до получения с датчика необходимой для индикации величины напряжения 50-100 В, при которой практически до нуля убираются помехи, как с датчика, так и от внешних наводок.
Техническим результатом полезной модели является создание надежного и простого датчика для измерения момента начала удара большой силы. Предлагаемый датчик может устанавливаться как в ударник при испытании боеприпаса методом бросания, так и в наковальню копра при испытании на копре. При этом в качестве корпуса датчика может быть использован узел испытательного оборудования (корпус ударника или сама наковальня копра).
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель иллюстрируется описанием и примером практического использования, в котором датчик изготовлен из деталей серийного пьезогенератора взрывателя (патент RU №205478 от 03.03.2021).
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2), где на фиг. 1 представлен общий вид датчика, на фиг. 2 показана установка его с амортизатором в корпус. Форма и размеры корпуса выбираются, исходя из места его установки или используемого узла испытательного оборудования.
Датчик (фиг. 1) состоит из корпуса 6, нижнего контакта 5, изолированного от корпуса пластмассой 4, пьезоэлемента 3 из цирконата-титаната свинца, стального ударника 2, поджимной гайки 1, лепестка 7, зафиксированного гайкой 8, и выводов 9, соединенных с лепестком 7 и нижним контактом 5.
Установка датчика (фиг. 2) в корпус 11, который воспринимает удар, производится через амортизационную прокладку 10.
Конструкция датчика не вызывает трудности при его изготовлении.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Работа датчика происходит следующим образом.
При ударе по ударнику испытательного стенда происходит сжатие пьезоэлемента 3 между нижним контактом 5 и ударником 2, в результате чего возникает разность потенциалов на электродах пьезоэлемента 3, которая через выводы 9 подается в схему измерений. Провода выводов 9 выводятся из узла 11 в удобном месте в зависимости от конструкции испытательного стенда. Амортизатор 10, например, резиновый, подбирается опытным путем для получения необходимых параметров - величине сигнала и помех. Для фиксации только первого импульса напряжения в схеме измерения ставится диод, а параллельно входу измерителя может подключться разрядное сопротивление для обеспечения необходимого времени разряда входной емкости измерителя.
Испытания датчика при контроле серийных взрывателей на стенде бросания показали хорошие результаты по работоспособности и устойчивости, его применение введено в методику испытаний, утвержденную генеральным заказчиком.