СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ УДАРА
METHOD OF MEASURING DURATION OF IMPACT

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам определения параметров ударного импульса, в частности продолжительности удара, и может быть использовано для измерения параметров взаимодействия при механических испытаниях на стендах, в спортивных тренажерах, при исследовании ударного взаимодействия человека с элементами спортивного инвентаря, а также при исследовании ударного взаимодействия элементов спортивного инвентаря (например, теннисная ракетка-мяч).
Известен способ определения динамических параметров удара, включающий ударное воздействие на мишень с последующей регистрацией мгновенного значения ускорения мишени под действием удара и скорости мишени в момент завершения удара (патент РФ №2322279 от 20.04.2006 г., МКИ A63B 69/32).
Недостатком данного способа является относительно низкая точность определения динамических параметров удара, т.к. отсутствие данных по измерению продолжительности удара снижает полноту информации о динамике ударного взаимодействия тел.
Известен способ определения продолжительности динамических характеристик теннисной ракетки и мяча, реализованный в способе к патенту РФ №2368411 от 27.09.2009 г., МКИ A63B 51/12 и, включающий неоднократное измерение при помощи датчиков ускорений в зоне удара на струнной поверхности ракетки и мяча, время контакта и ускорение мяча в момент отрыва мяча от струн.
В этом способе время контакта определяется по фиксируемому на осциллограмме максимальному ускорению мяча.
Недостатком данного способа является относительно низкая точность определения продолжительности удара, обусловленная тем, что датчики измеряют непрерывный процесс колебаний, вызванный ударом, и не фиксируют момент разрыва контакта соударяющихся тел. Поэтому остаются неизвестными ускорение и сила в момент отскока мяча от струнной поверхности.
Известно техническое решение определения продолжительности удара, включающее измерение времени замкнутого состояния контактной группы, закрепленной на соударяемых телах (Блог DBK cues «Соударение бильярдных шаров»).
Недостатком данного способа является, во-первых, возможность применения его только для ограниченного вида взаимодействующих тел, в частности, для определения времени соударения абсолютно упругих тел (бильярдных шаров), а во-вторых, отсутствие контроля скорости шаров до удара, что дает только ориентировочное значение времени контакта, а также невозможность определения времени соударения в реальных условиях испытаний, при которых отсутствует возможность использования беспроводной передачи сигнала.
Точное фиксирование времени ударного взаимодействия повышает достоверность полученных данных, расширяет диапазон знаний о взаимодействии тел, используемых в физике твердого тела и других областях науки и техники.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности измерения продолжительности удара и расширения диапазона видов взаимодействующих тел, а также расширение функциональных возможностей способа.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения продолжительности удара, включающем измерение времени электрического контакта между соударяемыми телами, соударяемые тела с металлизированными участками на их поверхностях располагают в разрыве электрической цепи или оптоэлектронной цепи импульсного высокочастотного источника, определяют количество импульсов за время замкнутого состояния цепи импульсного высокочастотного источника, а определение продолжительности удара осуществляют по формуле:
уд
имп
T=n×t,
уд
где T - время продолжительности удара,
n - количество импульсов за время замкнутого состояния цепи импульсного высокочастотного источника,
имп
t - период импульса высокочастотного источника.
Способ измерения продолжительности удара заключается в следующем.
Поверхности соударяемых тел, например боек и мишень, металлизируются с обеспечением хорошей проводимости поверхностного слоя (с удельным сопротивлением материала не более 1,2 Ом×м). Если соударяемые тела выполнены из металла, то они зачищаются до получения хорошей проводимости поверхностного слоя.
Далее соударяемые тела помещают в разрыв электрической цепи импульсного высокочастотного источника. В качестве такого источника может быть использован, например, импульсный СВЧ-генератор или квантовый оптический генератор, каждый из которых снабжен автономным источником питания.
При ударном воздействии соударяемых тел происходит замыкание цепи питания импульсного высокочастотного источника и одновременно определяется количество импульсов прошедших через замкнутую цепь.
Зная количество импульсов и период импульса высокочастотного источника, определяется продолжительность удара по формуле:
уд
имп
T=n×t,
уд
где T - время продолжительности удара,
n - количество импульсов за время замкнутого состояния цепи импульсного высокочастотного источника,
имп
t - период импульса высокочастотного источника.
Предложенный способ позволяет избежать сложные технологии определения внутренних сил, учитывающих разнообразное воздействие динамических нагрузок и особенности сопротивляемости многих материалов. Запись времени контакта высокочастотных временных сигналов проводится по беспроводной связи, это дает возможность проводить испытания в натурных условиях с контролем любой скорости и силы удара. Поэтому предложенный способ фиксирует реальное время удара для данной скорости и силы удара.
При этом способ также позволяет измерять продолжительность удара при взаимодействии тел любой упругости.