DE2754420B2

DE2754420B2 - Ballistische Meßanordnung

Info

Publication number: DE2754420B2
Application number: DE2754420A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(Grad.) 8220 Traunstein Michel; Walter Ing.(Grad.) 8221 Sondermoning Schmitt
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1977-12-07
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2411416B1; CH636966A5; GB2009923A; US4253020A; IT7812881A0; AT384492B; ATA781878A; JPS5489779A; FR2411416A1; IT1103788B; ZA786805B; DE2754420A1; DE2754420C3; GB2009923B; BR7808025A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ballistische Messungen, insbesondere zum Ermitteln der Geschwindigkeit von am Heck abgestumpften Geschossen mittels Lichtschranke und elektrischer Auswerteschaltung, wobei der präzise Durchflugzeitpunkt durch die Lichtschranke vom Autritt des Geschosses aus dem Lichtband der Lichtschranke bestimmt wird.

Es sind Lichtschranken, insbesondere Laserlichtschranken für ballistische Messungen bekannt (DE-OS 10 708). Bei der bekannten Anordnung wird die Abschattung des Lichtvorhanges beim Durchtritt des Geschosses und die daraus resultierende Änderung des Fotosignals am Ausgang eines Fotoempfängers zur Einbzw. Abschaltung eines Zeitzählers herangezogen. Aufgrund der Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt in den ersten Lichtvorharg (Einschaltsignal für den Zeitzähler) und dem Eintritt in den zweiten Lichtvorhang (Ausschaltsignal für den Zeitzähler) kann die Geschoßgeschwindigkeit ermittelt werden. Das durch die Abschattung erzeugte Fotosignal hat einen Kurvenverlauf, der von der Geometrie des Geschosses abhängig ist. Der Kurvenverlauf der Lichtintensität entspricht dabei dem im Fotoempfänger erzeugten Fotostrom.

Durch den Kurvenverlauf der Lichtintensität ist jedoch der Durchtrittszeitpunkt des Geschosses durch den Lichtvorhang nicht präzise definiert. Wegen der Länge des Geschosses vergeht vom Eintritt in den Lichtvorhang bis zu seinem Austritt eine bestimmte Zeit, während der die Ein- bzw. Ausschaltung des angeschlossenen Zeitzählers erfolgt. Im Rahmen dieser Durchflugzeit ist also der Schaltzeitpunkt Undefiniert.

Des weiteren sind Anordnungen für ballistische Messungen bekannt, bei denen der präzise Durchflugzeitpunkt durch die Lichtschranke vom Austritt des Geschosses aus dem Lichtband bestimmt wird (US-PS 24 09 672).

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Lichtschranken dahingehend zu verbessern, daß der präzise Durchflugzeitpunkt exakt erfaßt wird und genau reprodziert werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß durch das Auswerten der steilsten Flanke der Intensitätsänderungskurve der Schaltzeitpunkt exakt eingestellt werden kann, wobei in einer Weiterbildung der Erfindung die Verwendung eines Spannungsteilers zur Bestimmung der Auslöseschwelle für den nachfolgenden Schmitt-Trigger vorgesehen ist Mit Hilfe dieses Spannungsteilers, der im allgemeinen auf 50% des Maximums der Lichtintensitätsänderung eingestellt ist, kann auch die Auslöseschwelle einer anderen Geschoßgeometrie angepaßt werden. Frühzeitige Auslösungen lassen sich damit eliminieren. Besonders vorteilhaft ist außerdem die Verwendung einer Laserlichtquelle als Lichtschrankenlichtquelle.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Geschossen,

F i g. 2 ein Geschoß in bekannter Bauform,

Fig.3 ein Schaubild des Lichtintensitätsverlaufes über die Zeit,

Fi g. 4 ein Blockschaltbild einer elektrischen Auswerteschaltung,

F i g. 5 ein Schaltungsbeispiel für Hochpaß, Spannungsteiler und Amplitudenspeicher.

In der F i g. 1 ist eine Reflexlichtschranke zur Geschwindigkeitsmessung von Geschossen G dargestellt. Eine Laserlichtquelle L liefert einen Laserstrahl LS, der durch optische Elemente T, Z\ und Zi in ein schmales Laserlichtband LS\ aufgeweitet wird. An Spiegeln U\ und Ui wird das Laserlichtband LS] so umgelenkt, daß zwei zueinander parallele Lichtbänder LS\ und LSi mit genau festgelegtem Abstand 5 entstehen. Das Laserlichtband LS2 wird über eine Zylinderlinse Z₁ einem Fotoempfänger bzw. Lichtdetektor P zugeführt, dessen analoge Ausgangssignale in einer Auswerteschaltung A zu Rechteckimpulsen /1 und /2 umgeformt werden. Der Ausgang der Auswerteschaltung A ist an einen elektronischen Zähler Zangeschlossen, der jeweils beim Auftreten eines Impulses J\ gestartet und beim Auftreten eines Impulses /2 gestoppt v/ird. Die gemessene Zeit f ist bei gegebenem Abstand 5 der Lichtbänder LS\ und LS₂ ein Maß für die Geschwindigkeit des Geschosses G.

Ein in der F i g. 2 dargestelltes Geschoß G weist eine Form auf, die bei der Mehrzahl von Geschossen gebräuchlich ist. Die Geschosse haben eine nach vorn spitz zulaufende Form, während das Geschoßheck weitgehend stumpf geformt ist.

Bein Flug eines derartigen Geschosses G durch ein schmales Laserlichtband einer Lichtschranke ergibt sich im Prinzip der in Fig.3 dargestellte Verlauf der Lichtintensität J* über der Zeit. Dabei gibt f_t,„ den Zeitpunkt an, bei dem das Geschoß G in das Lichtband zu tauchen beginnt. Mit t,_m wird der Zeitpunkt des Austrittes des Geschoßheckes aus dem Lichtband bezeichnet. /Ι/"™, kennzeichnet die maximale Ände-

rung der Amplitude. Dieser Intensitätsverlauf entspricht dem im nachgeschalteten Fotoempfänger P erzeugten Fotostrom.

Ein Blockschaltbild ist in Fig.4 gezeigt. Das vom Fotoempfänger P kommende Signal wird in einem Hochpaß HP gefiltert. Dadurch erreicht man, daß Störsignale mit niedrigem Differentialquotienten (~4—\ das Meßergebnis nicht verfälschen. Derartige

Störsignale können zum Beispiel durch Modulation der Lichtschrankenlichtquelle (Netzfrequenz), Erschütterungen des mechanischen Aufbaues, Fremdlicht u. a. hervorgerufen werden. Das im Hochpaß HP gefilterte Signal wird aufgezweigt und einerseits direkt dem Differenzeingang eines Schmitt-Triggers TR zugeführt, andererseits wird das gefilterte Signal einem Amplitudenspeicher AS mit vorgeschaltetem Spannungsteiler STzugeführt und gelangt über diese Schaltungselemente ebenfalls an den Differenzeingang des Schmitt-Triggers TR. Zur Vermeidung von Fehlschaltungen weist der Schmitt-Trigger 77? eine Hysterese auf, durch die Reststörsignale nicht verarbeitet werden.

Im Amplitudenspeicher AS wird der Ampi.iudenwert Δ J*„,ax mindestens bis zum Zeitpunkt f_aus gespeichert. Der Spannungsteiler ST bildet die Referenzspannung für die Triggerschwelle. Diese Referenzspannung wird im allgemeinen auf ca. 50% von Δ y"_m« eingestellt, kann jedoch einfach speziellen Erfordernissen durch Verändern des Tfiilerverhältnisses angepaßt werden.

Die folgende FiankenauswahlschaJtung FA erzeugt > aus der i_iUi-Flanke des Triggerausgangssignals einen Steuerimpuls für die Folgeelektronik (Zeitzähler Z).

In der F i g. 5 ist eine Schaltung dargestellt, die Schaltungselemente des Hoch passes HP, des Spannungsteilers ST sowie des Amplitudenspeichers AS

w enthält. Diese dargestellte Schaltung kann selbstverständlich auch durch andere, an sich bekannte Schaltungselemente wie z. B. mit einem Operationsverstärker als Amplitudenspeicher und dgl. realisiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf Geschwindigkeitsmessungen für Geschosse beschränkt Vielmehr kann eine solche Lichtschranke auch für andere ballistische Messungen z. B. für die Hochgeschv/indigkeitsfotografie verwendet werden. Für Messungen, bei denen keine

:<> Geschwindigkeit von ballistischen Objekten gemessen werden soll, und bei denen nur el· einzelner Impuls erzeugt werden soll, erübrigt sich dit i 'miciikung des Lichtbandes durch Spiegel. Die weiteren Bauelemente werden in diesem Fall in der erforderlichen Weise

:·. angeordnet.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für ballistische Messungen, insbesondere zum Ermitteln der Geschwindigkeit von am Heck abgestumpften Geschossen mittels Lichtschranke und elektrischer Auswerteschaltung, wobei der präzise Durchflugzeitpunkt durch die Lichtschranke vom Austritt des Geschosses aus dem Lichtband der Lichtschranke bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Flug des Geschosses (G) durch die Lichtschranke (LS) erfolgende Lichtintensitätsänderung (Δ J*) von der Auswerteschaltung (A) derart verarbeitet wird, daß ein Ausgangssignal dann und nur dann abgegeben ij wird, wenn der Differentialquotient der Lichtintensitätskurve (7* j sein Maximum hat

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung (A) neben Lichtdetektor (P), Hochpaß (HP), Spannungsteiler ^o (STJl Schmitt-Trigger (TR) und Flankenauswahlschaltung (FA), auch einen Ampiitudenspeicher (AS) aufweist der den maximalen Amplitudenwert (Δ J*mix) der Lichtintensitätsänderung {Δ P) speichert, und daß vom Spannungsteiler (ST) eine Referenzspannung von etwa 50% des Amplitudenwertes [A fmix) als Aui'öseschwelle für den nachfolgenden Schmitt-Trigger (TR) und die Flankenauswahlschaltung (7v4,/gebi!det wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ω zeichnet, daß die Lichtschranke (LS)eine Laserlichtschranke isi.