Патрон лазерный

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к малогабаритным лазерным источникам света, и может быть использована для точной настройки любых прицельных приспособлений стрелкового оружия на этапе "холодной" пристрелки и для тренировки стендовых стрелков без применения боеприпасов.
Известен лазерный патрон для холодной пристрелки стрелкового оружия по патенту РФ № 147939, 2013 г., патентообладатель ЗАО "Кантегир"), включающий цилиндрический корпус с размещенным в нем цилиндрическим лазерным модулем, содержащим линзу и лазерный диод; драйвер лазерного диода, электрически соединенный с лазерным модулем посредством пружины; элемент питания, изолированный от корпуса патрона; заднюю крышку с устройством включения питания; радиальные резьбовые отверстия, выполненные в цилиндрическом корпусе в области лазерного модуля; регулировочные винты, ввернутые в резьбовые отверстия, а устройство включения питания содержит втулку, жестко закрепленную в центре задней крышки и выполненную из изоляционного материала, внутри которой расположен плунжер, контактирующий с элементом. Недостатками известного решения являются неудобная регулировка положения лазера и невозможность юстировки. Скользящее перемещение лазера позволяет проводить только фокусировку луча лазера. Линза может встать криво, и лазер даст отклонение по оси лазерного луча, при этом соосность не регулируется. При выстреле плунжер может разбить элемент питания. Кроме того, патрон не может использоваться для тренировочных стрельб. Использование боевых патронов для тренировки стендовых стрелков приводит к повышенному износу оружия, неэкономичному расходу патронов и не обеспечивает безопасность тренировок.
Наиболее близким, взятым в качестве прототипа, является патрон учебный лазерный (патент РФ № 2221983, 2001 г., патентообладатель Быстрай А.П.), содержащий цилиндрический корпус, снабженный лазерным модулем, имитирующим выстрел, и блок управления лазерным модулем, батарейный отсек с элементами питания, регулировочные винты и амортизатор. Амортизатор выполнен в виде втулки с элементом механического воздействия для выдачи сигнала на блок управления лазерным диодом, выполненным из эластичного материала, например из резины, элементы питания и пружины. Блок управления содержит микрофон, первый транзистор, усиливающий сигнал микрофона, и второй транзистор, включающий лазерный диод.
Анализ известного решения показал следующие недостатки его. Наличие в конструкции амортизатора резиновой детали не в качестве прокладки, а в качестве чувствительного элемента для выдачи сигнала на блок управления, делает работу патрона не стабильной при изменении температуры и с течением времени, т.к. свойства резины сильно меняются от температуры и времени. Кроме того, выполнение из резины элемента, по которому ударяет боек, быстро приведет к выходу его из строя от ударов бойка и испортит спусковой механизм ружья.
Выключатель 4 выходит за габариты гильзы и имеет пружинный нажимной принцип действия. Сила при сжатии пружины выключателя будет направлена радиально оси патрона, что будет вызывать смещение или перекос патрона в стволе и, в свою очередь, приведет к несовпадению осей лазера и оси ствола ружья.
Данная конструкция не обеспечивает точности регулировки направления лазерного луча относительно продольной оси патрона, поскольку не обеспечивает подвижность оси лазера по двум взаимно перпендикулярным осям. Любое воздействие на регулировочные винты приведет к перекосу конструкции и непрогнозируемому поведению луча. Регулировочные винты выходят за габариты и, помимо отсутствия эстетической составляющей, не имеют механизма стопорения, и при воздействии на данные винты перекрывается плоскость лазерного луча, что не дает возможности оценить правильность воздействия визуально. Кроме того, в данной конструкции лазерный диод срабатывает только после удара бойка и светится кратковременно до разряда конденсатора С2. В связи с этим процесс настройки на призме соосности луча лазерного диода вообще становится неосуществим, так как он требует постоянного горения лазера.
Аналоговая схема управления имеет существенный ток потребления, что делает работу устройства непродолжительной, кроме того, она имеет большие габариты. Отсутствие схемы стабилизации тока делает работу лазера нестабильной, при этом яркость сильно меняется от разряда элементов питания. Аналоговое усиление не позволяет правильно фильтровать шумовой сигнал. Т.е. патрон будет чувствителен к посторонним шумам и будет срабатывать от любого источника звука, превышающего по мощности настроенный порог.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в повышении надежности и долговечности конструкции и в обеспечении точности регулировки положения оси лазерного луча, относительно корпуса патрона.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в известном патроне лазерном, содержащем цилиндрический корпус, в котором расположены лазерный модуль с платой управления лазерным модулем, батарейный отсек с элементами питания, регулировочные винты и амортизатор, в соответствии с заявленным решением лазерный модуль установлен в шарнир, а внутренняя поверхность цилиндрического корпуса имеет сферический опорный участок для контактирования с внешней поверхностью шарнира, амортизатор выполнен в виде корпуса, в котором размещены толкатель и резьбовая вставка, при этом на штоке толкателя установлена амортизационная пружина, а в резьбовую вставку установлен конический пружинный контакт для передачи напряжения от элементов питания через цилиндрический корпус патрона на пружинные контакты платы управления, при этом плата управления включает в себя микроконтроллер, элемент питания, преобразователь питания и инерциальный измерительный модуль, содержащий датчик удара и датчик поворота. Цилиндрический корпус снабжен радиальными резьбовыми отверстиями, расположенными попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях в области лазерного модуля, в которых установлены регулировочные винты, а шарнир снабжен лысками, расположенными попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и предназначенными для контактирования с регулировочными винтами. Корпус амортизатора имеет внешнее резьбовое соединение с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса патрона, а резьбовая вставка имеет внешнее резьбовое соединение с внутренней поверхностью корпуса амортизатора и является упором для амортизационной пружины и направляющей для штока толкателя. Батарейный отсек снабжен контактной пластиной для передачи напряжения отрицательной полярности от элементов питания к пружинным контактам платы управления. Датчик удара платы управления выполнен с применением встроенного акселерометра, а датчик поворота выполнен с применением твердотельного гироскопа.
Технический результат, обеспечивающий решение проблемы, достигается за счет использования новой совокупности признаков устройства. Установка лазерного модуля в шарнир, который расположен в посадочном месте цилиндрического корпуса, имеющем внутренний сферический участок, позволяет разворачивать шарнир сначала в одной плоскости, прижимая его к ответной поверхности сферического участка внутренней поверхности корпуса, затем в перпендикулярной плоскости. Кроме того, шарнир снабжен лысками, расположенными попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, что обеспечивает надежное контактирование поверхности шарнира с регулировочными винтами, исключая поворот шарнира вокруг собственной оси и дает контролируемое распределение силы. Такая конструкция обеспечивает возможность точной регулировки положения лазерного луча в двух ортогональных плоскостях.
Конструкция амортизатора обеспечивает прямолинейное движение толкателя при ударе бойка ружья и возврат толкателя в исходное положение после окончания ударного воздействия за счет того, что амортизационная пружина установлена на штоке толкателя, а вставка является упором для амортизационной пружины и направляющей для штока толкателя. Такая совокупность признаков обеспечивает надежность конструкции и долговечность работы ее.
Плата управления благодаря наличию твердотельного акселерометра для детектирования удара по бойку ружья и передачи факта удара в микроконтроллер, и твердотельного гироскопа обеспечивает два режима работы: с включением лазерного модуля на 1 секунду после удара бойка или непрерывное свечение лазера.
Заявленное решение поясняется графическими материалами, где
на фиг. 1 изображен общий вид патрона в разрезе,
на фиг. 2 изображена функциональная схема платы управления;
на чертежах позициями обозначены
1 - корпус амортизатора,
2 - корпус патрона,
3 – толкатель,
4 - пружина амортизационная,
5 – вставка,
6 - конический пружинный контакт,
7 - элементы питания,
8 - отсек батарейный,
9 - пластина контактная,
10 - минусовые контакты пружинные,
11 - плата управления,
12 - плюсовые контакты пружинные,
13 - винты регулировочные,
14 – шарнир,
15 - модуль лазерный,
16 - элементы питания платы управления,
17 - инерциальный измерительный модуль,
18 - датчик удара,
19 - датчик поворота,
20 – микроконтроллер,
21 - преобразователь питания,
22 - лыски на шарнире,
23 - сферический участок внутренней поверхности корпуса патрона,
24 - шток толкателя.
Патрон лазерный содержит цилиндрический корпус 2, в котором размещен лазерный модуль 15 с платой управления 11, батарейный отсек 8 с элементами питания 7 и с контактной пластиной 9 и амортизатор. Лазерный модуль 15, установлен в шарнир 14, а внутренняя поверхность цилиндрического корпуса 2 имеет сферический опорный участок 23 для контактирования с внешней поверхностью шарнира 14. В корпусе патрона 2 в области расположения лазерного модуля 15 выполнены радиальные резьбовые отверстия, в которых расположены регулировочные винты 13. Шарнир 14 снабжен лысками 22, расположенными попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях и предназначенными для контактирования с регулировочными винтами 13. В батарейном отсеке 8 расположены элементы питания 7 и контактная пластина 9. Элементы питания 7 служат для питания платы управления 11 и включения лазерного модуля 15. С задней стороны корпуса 2 патрона расположен амортизатор, корпус 1 которого имеет резьбовое соединение с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 2 патрона. Внутри корпуса амортизатора 1 установлен толкатель 3 и резьбовая вставка 5. На штоке 24 толкателя 3 установлена амортизационная пружина 4. Вставка 5 имеет внешнее резьбовое соединение с внутренней поверхностью корпуса 1 амортизатора и является упором для амортизационной пружины 4 и направляющей для штока 24 толкателя 3, обеспечивая прямолинейное движение толкателя 3 при ударе бойка ружья и возврат толкателя 3 в исходное положение после окончания ударного воздействия. В резьбовую вставку 5 установлен конический пружинный контакт 6 для передачи напряжения положительной полярности от элементов питания 7 через вставку 5, корпус амортизатора 1 и корпус 2 патрона на плюсовые пружинные контакты 12 платы управления 11, а также для прижатия элементов питания 7 и обеспечения непрерывности контактирования. Плата управления 11 опирается на 4 пружинных контакта. Для передачи напряжения отрицательной полярности от элементов питания 7 к пружинным минусовым контактам 10 платы управления 11 служит пластина контактная 9. Т.о. при закручивании корпуса амортизатора 1 плата управления оказывается запитана напряжением.
Плата управления 11 содержит микроконтроллер 20, элемент питания 16, преобразователь питания 21 и инерциальный измерительный модуль 17, содержащий датчик удара 18, выполненный с применением встроенного акселерометра, и датчик поворота 19, выполненный с применением встроенного гироскопа.
Амортизатор 1 служит для смягчения удара бойка и предотвращения выхода из строя ударно-спускового механизма ружья. А также для правильной работы механизма ружья удаления стреляного патрона. Корпус 2 имитирует гильзу боевого патрона и служит для размещения внутри частей патрона лазерного, а также для обеспечения соосности луча лазера стволу ружья. Толкатель 3 имитирует капсюль боевого патрона и воспринимает ударную нагрузку от бойка ружья. Пружина амортизационная 4 воспринимает ударную нагрузку от бойка ружья, переданную толкателем 3, смягчая удар за счет упругой деформации.
Плата управления 11 служит для определения момента выстрела (нажатия на спусковой крючок ружья) или удара бойка ружья и подачи команды на кратковременное включение лазерного модуля 15. А также для определения возвратно-поступательного поворота ружья по оси ствола и подачи команды на включение модуля лазерного 15 в непрерывный режим горения или выключение модуля лазерного 15 при повторном повороте ружья. Таким образом обеспечивая два режима работы патрона.
Винты регулировочные 13 предназначены для настройки соосности луча лазера оси корпуса 2 патрона и стволу ружья посредством воздействия на шарнир 14, который имеет возможность разворота оси луча лазера в двух взаимно перпендикулярных осях посредством возможности вращения в посадочном месте корпуса 2, выполненном в виде сферического опорного участка 23 для контактирования с внешней поверхностью шарнира 14.
Модуль лазерный 15 служит для подсветки узконаправленным лучом видимого (красного) спектра с небольшим углом рассеивания удаленной мишени при выстреле ружья (нажатии стрелком на спусковой крючок) для визуализации места попадания в кратковременном и постоянном режиме.
Плата управления 11 содержит микроконтроллер 20, считывающий данные с инерциального измерительного модуля 17 и осуществляющий управление преобразователем питания 21. Инерциальный измерительный модуль 17 содержит в себе датчик удара 18, выполненный с применением встроенного акселерометра, и датчик поворота 19. Элемент питания 16 предназначен для обеспечения питания инерциального измерительного модуля 17, микроконтроллера 20 и преобразователя питания 21. Преобразователь питания стабилизирует выходное напряжение на постоянном уровне, и по команде микроконтроллера подает его на лазерный модуль 15.
Плата управления работает следующим образом. Датчик удара 18, расположенный в инерциальном измерительном модуле 17, фиксирует удар бойка о капсюль патрона и подает сигнал микроконтроллеру 20. Микроконтроллер при получении сигнала от датчика подает управляющий сигнал на преобразователь питания 21, который стабилизирует напряжение от элементов питания 16 и подает это напряжение на лазерный модуль 22 в соответствии с управляющей программой микроконтроллера 20. В микроконтроллере 20 предусмотрено 2 режима свечения:
1. включение лазерного модуля на 1 секунду после удара бойка;
2. непрерывное свечение лазера.
Микроконтроллер 20 в непрерывном режиме считывает данные с датчика поворота 19 и обрабатывает их на наличие специально заданного профиля движения (жеста): поворота патрона вдоль продольной оси на угол не менее 60° и обратно в течение 1 секунды. При обнаружении жеста микроконтроллер 20 переключается между встроенными профилями свечения.
Кратковременный режим работы патрона для тренировки стрелка.
При нажатии на спусковой крючок ружья боек ружья ударяет по толкателю 3, который передает кинетическую энергию бойка пружине амортизационной 4, и перемещается по направляющей вставке 5, сжимая пружину 4. После окончания ударного воздействия запасенная потенциальная энергия сжатой пружины 4 возвращает толкатель в исходное состояние.
Часть энергии удара через амортизатор 1 и корпус 2 передается на датчик удара 18 платы управления 11, который фильтрует слабые толчки и продолжительные во времени ускорения, исключая зажигание лазерного луча модуля лазерного 15 от движений стрелка при переносе ружья и прицеливании.
Датчик удара 18 платы управления 11 выделяет сигнал от удара бойка ружья и дает команду микроконтроллеру 20 платы управления 11 запитать модуль лазерный 15 на короткий отрезок времени.
Получив питание, модуль лазерный 15 зажигает луч и подсвечивает небольшим по размеру пятном видимого спектра место на мишени, в которое попал стрелок.
Продолжительный режим для юстировки оптических прицелов.
При развороте ружья кистью руки по оси ствола и возврате в исходное состояние датчик поворота 19 платы управления 11 выделяет сигнал, отфильтровывая кратковременные движения при прицеливании и переносе оружия, и дает команду микроконтроллеру 20 платы управления 11 запитать модуль лазерный 15 непрерывно (до прихода следующей команды).
Получив питание, модуль лазерный 15 зажигает луч и подсвечивает небольшим по размеру пятном видимого спектра место на мишени, в которое наведено ружье для настройки перекрестия оптического прицела на это пятно (операция юстировки оптических прицелов).
При повторной манипуляции с разворотом ружья процесс повторяется, и датчик поворота 19 дает команду микроконтроллеру платы управления 11 снять питание с модуля лазерного, т.е. погасить луч - выключить продолжительный режим горения.
Настройка соосности лазерного луча.
При вворачивании регулировочного винта 13 и ослаблении регулировочного винта с противоположной стороны корпуса 2 конец вворачиваемого регулировочного винта 13 упирается в лыски 22 на поверхности шарнира 14, заставляя его разворачиваться по оси, перпендикулярной плоскости оси винтов и продольной оси патрона, разворачивая луч модуля лазерного 15. Противоположное смещение винтов 13 вызовет разворот луча по этой же оси в противоположном направлении.
Изменение положения винтов 13, перпендикулярных двум предыдущим, вызовет разворот луча модуля лазерного 15 по оси, перпендикулярной оси корпуса 2 и оси винтов 13, которыми производили регулировку.
Таким образом, воздействуя на 4 регулировочных винта 13 (2-а из которых ортогональны двум другим) луч модуля лазерного 15 сводится к оси корпуса 2 и оси ружья.