УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ МЕТАТЕЛЬНОГО СНАРЯДА ИЗ СВИНЦА И ЕГО СПЛАВОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, а точнее к устройству для измерения скорости пролета метательного снаряда из свинца и его сплавов, работающему на принципе взаимодействия магнитного поля вихревых токов, индуцируемых высокочастотным (ВЧ) полем катушки в снаряде, с резонансным контуром, и может быть использована для измерения скорости снаряда пневматического стрелкового оружия.
Известен резонансный металлоискатель, содержащий генератор синусоидального напряжения, амплитудный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель импульсов и исполнительный орган, соединенные последовательно, генератор синусоидального напряжения, собранный на операционном усилителе, в цепь отрицательной обратной связи которого включены параллельный колебательный контур и первый резистор, соединенные последовательно, а цепь положительной обратной связи состоит из второго резистора и потенциометра, соединенных последовательно, а также амплитудного ограничителя, включенного параллельно, причем, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к точке соединения параллельного колебательного контура и первого резистора, не инвертирующий вход операционного усилителя подключен к среднему выводу потенциометра, выход операционного усилителя подключен к точке соединения параллельного колебательного контура и второго резистора, амплитудный ограничитель подключен к точке соединения второго резистора и потенциометра [1].
Недостатком известного устройства является то, что в нем применен параллельный LC контур, работающий в режиме резонанса, который является частотно задающим элементом автогенератора. При этом чувствительность прибора низкая.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известное устройство для измерения скорости полета пули и снаряда, содержащее два кольцевых магнитоиндукционных датчика, сигнальные обмотки которых охвачены витком из магнитомягкого материала, разнесенные на базовое расстояние вдоль траектории полета, схему формирования импульсов, одновибратор, инвертор, измеритель временных интервалов и вычислитель. С целью повышения надежности и точности измерений, в него введены нормирующий усилитель, нуль-орган, второй одновибратор и схема совпадения, при этом сигнальные обмотки магнитоиндукционных датчиков подключены к входу первого одновибратора через последовательно соединены нормирующий усилитель и нуль-орган, выход первого одновибратора соединен с первым входом измерителя временных интервалов, со вторым входом второго одновибратора и с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго одновибратора, а выход схемы совпадения через инвертор подключен ко второму входу измерителя временных интервалов, выход которого соединен с вычислителем, выход которого связан с установочным входом измерителя временных интервалов, магнитоиндукционные датчики установлены на трубе из немагнитного и неэлектропроводного материала и помещены в металлический кожух, причем корпус каждого из них выполнен из изоляционного материала, витки сигнальных обмоток датчиков изолированы от корпусов прокладкой из упругого неэлектропроводного материала [2].
К недостаткам известного устройства следует отнести ограниченный диапазон измерения в силу его конструкции за счет того, что возбуждение вихревых токов в снаряде происходит в результате быстрого перемещения снаряда в неоднородном постоянном магнитном поле. При этом сигнал, возникающий в сигнальной обмотке, зависит от скорости пролета снаряда, что делает устройство не применимым на низких скоростях.
В полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства для измерения скорости пролета метательного снаряда, в котором за счет иной конструкции и принципа его работы, достигается расширение диапазона измерения за счет возможности измерения при любой скорости снаряда, а также повышение чувствительности узла измерения, что позволяет ускорить процесс измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения скорости метательного снаряда из свинца и его сплавов, преимущественно пневматического стрелкового оружия, включающее узел измерения с двумя катушками индуктивности, несущий элемент в виде трубки для пролета метательного снаряда, на котором закреплены две катушки индуктивности, разнесенные на базовом расстоянии вдоль траектории полета, формирователи импульсов, измеритель временных интервалов и вычислитель, согласно полезной модели, устройство выполнено в виде единого блока, размещенного в корпусе, и снабжено высокочастотным генератором - высокостабильным как по частоте, так и по амплитуде, блоком индикации, и блоком питания, узел измерения выполнен в виде двух соединенных параллельно колебательных контуров с частотой собственного резонанса, близкой к частоте подаваемого на контур сигнала генератора, каждый колебательный контур содержит последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор, и подключен параллельно к генератору и к двум формирователям импульсов пролета снаряда, при этом катушка является средством регистрации пролета снаряда, а каждый формирователь импульсов выполнен в виде амплитудного детектора.
Кроме того, в некоторых случаях выполнения предлагаемое устройство характеризуется следующими признаками: - оно имеет узел крепления, выполненный в виде резьбы на торце трубки для пролета метательного снаряда, с возможностью присоединения к нему переходной муфты для крепления устройства на ствол пневматического оружия; - блок питания выполнен автономным, встроенным внутри корпуса или внешним; - блок индикации выполнен в виде светового семисегментного трехразрядного светодиодного индикатора, размещенного на панели корпуса в окне для индикатора.
В результате использования заявляемой полезной модели обеспечивается получение технического результата, заключающегося в расширении диапазона измерения за счет возможности измерения при любой скорости снаряда, а также повышении чувствительности узла измерения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в предложенном устройстве используется иной принцип возбуждения вихревых токов в снаряде, не постоянный как в прототипе, а ВЧ магнитным полем, созданным катушкой, что обеспечивает постоянный по амплитуде уровень сигнала в сигнальной обмотке индуктивности, не зависимо от скорости пролета снаряда. Устройство дополнено высокостабильным ВЧ генератором, а сигнальная обмотка индуктивности используется для излучения ВЧ магнитного поля, а также включена в качестве катушки в последовательном резонансном контуре, настроенном по частоте от генератора, что в свою очередь значительно увеличило чувствительность узла измерения. При этом, обеспечивается быстрый отклик на внешнее возбуждение и значительный сигнал. В целом, отличительные признаки заявляемого устройства являются существенными и необходимыми для достижения нового технического результата.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой полезной модели, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию "новизна". Заявляемая полезная модель может быть неоднократно осуществлена и изготовлена известными в промышленности, в том числе в измерительной технике, способами с использованием известных средств, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "промышленная применимость". Таким образом заявляемая полезная модель, соответствует всем условиям ее патентоспособности.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая блок-схема устройства, а на фиг.2 схематически изображен его узел измерения.
На чертежах обозначено следующее. На фиг.1. обозначено: 1 -высокочастотный генератор; 2 - последовательный колебательный контур L1 С1; 3 - последовательный колебательный контур L2 С2; 4,5-формирователи импульсов пролета снаряда; 6 - измеритель временных интервалов; 7 - вычислитель; 8 - блок индикации. На Фиг.2 обозначено: 9 - катушка индуктивности L1; 10 - несущий элемент в виде трубки, через которую происходит пролет снаряда; 11 - катушка индуктивности L2.
Устройство для измерения скорости метательного снаряда из свинца и его сплавов, преимущественно пневматического стрелкового оружия, выполнено в виде единого блока, размещенного в корпусе (например, в пластмассовой коробке). Устройство включает узел измерения с двумя катушками индуктивности, несущий элемент 10 в виде трубки для пролета метательного снаряда, на котором закреплено две катушки индуктивности, разнесенные на базовом расстоянии вдоль траектории полета, формирователи импульсов 4, 5, измеритель временных интервалов 6 и вычислитель 7. Предлагаемое устройство снабжено высокочастотным генератором 1 - высокостабильным как по частоте, так и по амплитуде, блоком индикации 8, и блоком питания (на чертеже не показан). Узел измерения выполнен в виде двух соединенных параллельно колебательных контуров 2, 3 с частотой собственного резонанса, близкой к частоте подаваемого на контур сигнала генератора. Каждый колебательный контур 2, 3 содержит последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор, и подключен параллельно к генератору 1 и к двум формирователям импульсов пролета снаряда 4, 5. При этом катушка является средством регистрации пролета снаряда. А каждый формирователь импульсов 4, 5 выполнен в виде амплитудного детектора.
Кроме того, устройство может иметь узел крепления, выполненный в виде резьбы на торце трубки для пролета метательного снаряда, с возможностью присоединения к нему переходной муфты для крепления устройства на ствол пневматического оружия. Блок питания (на чертеже не показан) может быть выполнен автономным, встроенным внутри корпуса, или внешним. Блок индикации 8 может быть выполнен в виде светового семисегментного трехразрядного светодиодного индикатора, размещенного на панели корпуса в окне для индикатора.
Перед использованием несущий элемент 10 - трубку, через которую происходит пролет снаряда, закрепляют на стволе пневматического оружия с помощью узла крепления в виде резьбы на торце трубки 10 с возможностью присоединения к нему переходной муфты.
Включение устройства производится кратковременным нажатием на кнопку «Вкл», имеющуюся на корпусе, после чего высвечивается приветствие, например «741». Затем начинает мигать горизонтальный штрих по центру индикатора 8, сигнализируя о возможности начала измерений.
Устройство для измерения скорости пролета метательного снаряда работает следующим образом. В основу работы устройства положен принцип регистрации изменения амплитуды ВЧ колебаний на конденсаторе в последовательном резонансном контуре при приближении металлических предметов к катушке резонансного контура. На последовательный колебательный контур 2, 3 подается ВЧ сигнал от генератора 1 -высокостабильного как по частоте, так и по амплитуде. Частота генератора 1 не совпадает с резонансной частотой колебательного контура. Частота собственного резонанса узла измерения, выполненного в виде двух соединенных параллельно колебательных контуров 2, 3, близка к частоте подаваемого на контур сигнала генератора 1. Частота генератора 1 отличается от резонансной частоты контура так, чтобы амплитуда колебаний на конденсаторе контура была бы, приблизительно, в два раза меньше амплитудной при резонансе, то есть на середине склона известной резонансной кривой для данного контура. Выбор рабочей точки, то есть настройки колебательного контура 2, 3 относительно частоты генератора 1, определяет уровень сигнала, поступающего на формирователь импульсов 4, 5 (чувствительность) и характер изменения этого сигнала. Сигнал генератора 1 создает в катушке электромагнитное высокочастотное (ВЧ) поле, которое и возбуждает вихревые токи в материале снаряда. При этом катушка является средством регистрации пролета снаряда (то есть выполняет функции сигнальной обмотки), так как взаимодействует с вихревыми токами, возникающими в материале снаряда (свинец и его сплавы). Электромагнитное ВЧ поле, возникающее в катушке, индуцирует вихревые токи в материале снаряда, что в свою очередь приводит к изменению индуктивности катушки и изменению амплитуды ВЧ колебаний на конденсаторе. Полезный сигнал снимается с конденсаторов С1 и С2 колебательных контуров 2, 3 и подается на формирователи импульсов пролета снаряда 4 и 5. Каждый формирователь импульсов 4, 5 представляет собой амплитудный детектор, формирующий огибающую ВЧ сигнала на соответствующем конденсаторе колебательного контура 2, 3. При пролете снаряда через катушку, на огибающей возникает провал или возрастание амплитуды (в зависимости от вида материала снаряда), что и является управляющим сигналом для измерителя временных интервалов 6. Форма огибающей и возникающие на ней всплески, являются управляющими сигналами для измерителя временных интервалов 6. Измеренный временной интервал подается на вычислитель 7, в котором, по известной базе между катушками, вычисляется скорость снаряда. По временному интервалу и известной базе (расстоянию между катушками) вычислитель 7 выдает значение скорости снаряда. После пролета снаряда, в течение 5 секунд, на индикаторе 8 отображается скорость снаряда в м/с. Измерение можно проводить при индикации мигающего горизонтального штриха индикатора 8 или при отображении измеренного значения скорости. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерение скорости пролета метательного снаряда из свинца и его сплавов при любой скорости снаряда. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Свидетельство РФ №19329 на полезную модель, МПК 6 G01P 3/66, заявл. 07.03.2001, опубл. 20.08.2001.
2. Патент РФ №2089917 на изобретение, МПК 6 G01P 3/66, заявл. 15.03.1991, опубл. 10.09.1997 (прототип).