DE3133744A1 - Einrichtung zur bestimmung der durchgangscharakteristik eines partikelschwarms - Google Patents
Einrichtung zur bestimmung der durchgangscharakteristik eines partikelschwarmsInfo
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Description
31337AA
Einrichtung zur Bestimmung der Durchgangscharakteristik eines Partikelschwarms
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Durchgangscharakteristik, insbesondere des Schwerpunktes,
eines sich in einer Hauptbewegungsrichtung frei bewegenden Partikelschwarms, insbesonders einer Schrotgarbe, durch zumindest
eine, in bekannter Richtung, insbesonders zumindest annähernd senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung liegende
imaginäre Meßebene.
Derartige Einrichtungen dienen hauptsächlich zur Bestimmung der kinetischen Energie des sich frei bewegenden
Partikelschwarms, also etwa einer Schrotgarbe, wozu es erforderlich ist, bei bekannter Partikelmasse die Geschwindigkeit
des Schwerpunktes des sich bewegenden Schwarms möglichst
exakt zu bestimmen.
Bei einer bekannten Einrichtung der angesprochenen Art
wird die elektrische Aufladung von frei fliegenden Schroten zur Erzielung eines Meßeffektes für die Bestimmung des
Schwerpunktdurchganges ausgenutzt. Die in gewissem Sinne eine fliegende Ladungswolke darstellende Schrotgarbe liefert beim
Durchgang durch eine mit feinen Lamellen ausgestattete Gitterelektrode eine an der Elektrode abgreifbare Spannung,
welche bei Annäherung der Schrotgarbe bis zu einem Maximalwert ansteigt, beim Durchgang der Garbe durch die Gitterelektrode
rasch absinkt, beim Passieren des Ladungsschwerpunktes einen Null-Durchgang aufweist, nach dem Durchgang
der gesamten Garbe durch die Gitterelektrode wieder einen Maximalwert der umgekehrten Polaritäi erreicht und bei Entfernung
der Garbe schließlich wieder abfällt. Abgesehen von der Tatsache, daß der beim Messen mit dieser Einrichtung dem
Masseschwerpunkt der Schrotgarbe gleichgesetzte Ladungsschwerpunkt aufgrund von unterschiedlicher Aufladung der
einzelnen Partikel nicht unbedingt wirklich mit dem Masseschwerpunkt zusammenfallen muß, hat diese bekannte Einrichtung
auch den Nachteil, daß die Gitterelektrode ein Hindernis für die zu vermessende Garbe darstellt, sodaß das Meßergebnis
durch die Messung selbst beeinflußt wird.
V/eitere ist eine Einrichtung der genannten Art zur Be-
Stimmung des Schwerpunktdurchganges bekannt, die eine in den
Resonanzkreis eines 1-C-Oszillators eingeschaltete Spule aufweist,
und wobei die beim Passieren einer Schrotgarbe durch den offenen Kern der Spule auftretende Induktivitätsänderung
bzw. die daraus resultierende Änderung der Frequenz des Oszillators zur Bestimmung des Schwerpunktdurchganges der
Garbe verwendet wird. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß einerseits die Messung aufgrund der rasch wachsenden
Außenabmessungen einer Schrotgarbe und die damit erforderliche Spulengröße auf den mündungsnahen Bereich bzw. eben
auf kleine Partikelschwärme begrenzt ist und daß andererseits die Änderung der Spuleninduktivität beim Passieren der
Schrotgarbe sehr stark von der Permeabilität des Partikelmaterials abhängt und es bei bestimmten Werkstoffkombinationen
bzw. Legierungen sogar zu einer völligen Aufhebung der Induktivitätsbeeinflussung und damit des Meßeffektes
kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher
die beschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden und welche es insbesondere ermöglicht, auf
einfache Weise eine schnelle und genaue Bestimmung der zeitlichen
Durchgangscharakteristik,.insbesondere des Schwerpunktes eines sich frei bewegenden Partikelschwarmes zu
bestimmen.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die
imaginäre Meßebene von zumindest einem optischen Abbildungssystem gebildet ist, welches vorzugsweise mit elektromagnetischen
Wellen des sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Spektralbereichs arbeitet und die beim Durchgang der
einzelnen Partikel bzw. Schwarmteile durch die Meßebene auftretende
Beeinflussung der registrierbaren Intensität mittels zumindest eines Wandlers in ein entsprechendes elektrisches
Signal umsetzt, daß der Wandler zumindest indirekt mit
zumindest einem Register zur Speicherung der dem Durchgang der einzelnen Partikel bzw. Schwarmteile entsprechenden
Signale verbunden ist und daß" an das Register eine Auswerteeinheit
angeschlossen ist, welche aus den gespeicherten Signalen die Durchgangscharakteristik ermittelt. Da die im
Register gespeicherten Signale bzw. Signalfolgen direkt einem Massedurchgang durch die imaginäre Meßebene entsprechen,
kann über die angeschlossene Auswerteeinheit auch wirklich die Durchganscharakteristik der Garbe, insbesonders
der für die Bestimmung der kinetischen Energie der Garbe
wichtige Masseschwerpunkt ermittelt werden und zwar unabhängig vom Material der Partikel, soweit sie nur untereinander
die gleiche Masse aufweisen. Die Größe der Meßebene ist durch die Verwendung von optischen Abbildungssystemen
in sehr weiten Grenzen auf einfache Weise realisierbar, sodaß
Messungen auch an sehr weit gestreuten Partikelschwärmen, also etwa an bereits sehr mündungsfernen Schrotgarben,
ohne großen Aufwand durchführbar sind.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dem Register eine Signalaufbereitungseinheit vorgeschaltet ist, welche
eine zu Beginn der Messung startbare Zähleinrichtung umfaßt und den jeweiligen Durchgangszeiten entsprechende Information
an das Register abgibt. Aus dem somit den Durchgangszeiten von einzelnen Partikeln entsprechenden Registerinhalt
läßt sich direkt z.B. der DurchgangsZeitpunkt des Schwerpunktes ermitteln.
Um auch im mündungsnahen Bereich bzw. bei sehr dichten Partikelschwärmen eine exakte Bestimmung der Durchgangscharakteristik zu ermöglichen, ist in Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen, daß ein zusätzliches Register vorgesehen ist, welches mit einer Erkennungseinrichtung zur
Amplitudenerkennung der vom V/andler gelieferten Signale verbunden
ist, und ebenfalls an die Auswerteeinheit angeschlossen ist. Dieses weitere Register, welches mit dem Register
zur Speicherung der DurchgangsZeitpunkte z. B. auch zu einer
baulichen Einheix zusammengefaßt sein kann, erlaubt auch, wenn mehrere Partikel des Schwarms annähernd gleichzeitig
die Meßebene durchdringen, eine exakte Bestimmung der Durch-
gangsCharakteristik, insbesondere des Durchgangszeitpunktes
des Schwerpunktes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch
möglich, daß eine zusätzliche Erkennungseinheit vorgesehen ist, welche die Dauer jeder einzelnen Intensitätsbeeinflussung
der vom Wandler gelieferten Signale ermittelt und die entsprechenden Werte in ein weiteres, ebenfalls mit der
Auswerteeinheit verbundenes Register einspeichert. Damix läßt sich in besonders vorteilhafter Weise die Durchgangscharakteristik des Schwarms auch dann sehr genau bestimmen,
wenn mehrere Partikel die Meßebene in einem Abstand senkrecht zur Meßebene,der kleiner oder gleich der Partikellänge
ist, durchdringen.
Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung ist die Signalaufbereitungseinheit von einem Analog/Digital-Konverter
gebildet, welcher das über den Wandler in analoger Form gelieferte Signal in digitalisierter Form in das Register
einspeichert, was die Auswertung der Messung in vielen Fällen erleichtert.
Um direkt Partikel- bzw. Schwarmteilgeschwindigkeiten, insbesonders die Schwerpunktgeschwindigkeit des frei
fliegenden Partikelschwarms bestimmen zu können, sind in
Weiterbildung der Erfindung zwei, imaginäre Meßebenen darstellende, optische Abbildungssysteme vorgesehen, welche
in Hauptbewegungsrichtung einen bestimmten Abstand aufweisen, und mit den entsprechenden Auswerteeinrichtungen verbunden
sind ο
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann in vorteilhafter
Weise auch die Ausdehnung des Partikelschwarms, also etwa der Schrotgarbe, in Hauptbewegungsrichtung durch Bestimmung
des Zeitintervalls zwischen dem Durchgang des ersten und des letzten Partikels durch die Meßebene und
Multiplikation mit der Schwerpunktgeschwindigkeit ermittelt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher er-
läutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung,
Pig. 2 eine Schrotgarbe beim Passieren einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung und die
Pig. 3, 4, 5 jeweils eine weitere Ausführungsform der
Erfindung.
Mit der in Pig. 1 dargestellten Einrichtung ist es möglich,
die axiale Verteilung der Partikel eines Schwarms, die Durchflugdauer und den Schwerpunkt des Partikelschwarms, bezogen
auf die Hauptbewegungsrichtung 3 (senkrecht zu Ebene der Zeichnung), in einer Meßebene 1 zu bestimmen. Die Meßebene
1 wird dabei durch ein optisches Abbildungssystem 2 definiert, welches gegen eine Lichtquelle 5 gerichtet ist.
Die Meßebene 1 ist zumindest annähernd senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung 3 der im Schwarm fliegenden Partikel 4,
z.B. Schrote einer Schrotgarbe, angeordnet. Das optische Abbildungssystem 2 ist so ausgebildet, daß die Meßebene 1
einen möglichst großen aktiven Bereich, aufweist, damit auch Garben mit großer Radialstreuung gemessen werden können.
Die Dicke der Meßebene 1, also die Ausdehnung in Hauptbewegungsrichtung des Partikelschwarms, ist aus Gründen
der optischen Auflösung möglichst gering gehalten.
Im Zusammenhang mit der Pig. 2, welche zwei gleichartige Meßebenen 1, 1', die in einem Abstand s in Hauptbewegungsrichtung
3 voneinander angeordnet sind, zeigt, sei die Punktion der dargestellten Einrichtung näher erklärt:
Durchdringt ein Partikel 4 des sich in.Richtung 3 bewegenden
Schwarms die an sich imaginäre Meßebene 1, so wird ein Teil des von der Lichtquelle 5 in der Richtung zum
optischen Abbildungssystem 2 ausgestrahlten Lichtes abgedunkelt und ruft in einem dem Abbildungssystem 2 nachgeschalteten
lichtelektrischen Wandler 6 eine Änderung des Fotostroms hervor. Diese Änderung wird in einem angeschlossenen
Signalaufbereiter 7 in eine Spannungsänderung umgesetzt und einer Signalaufbereitungseinheit 8 zugeführt, in
der mit Hilfe einer zum Beginn der Messung gestarteten Zähleinrichtung der der jeweiligen Lichtschwächung entsprechende
Durchdringungszeitpunkt bestimmt wird. Die Durchdringungs-
Zeitpunkte der einzelnen Partikel werden in einem an den
Zähler 8 angeschlossenen Register 9 gespeichert. Mittels der an das Register 9 angeschlossenen Aaswerteeinheit 10 kann
sodann über die im Register 9 gespeicherten Informationen
die Bestimmung der Durchflugdauer des Partikelschwarms, also
der Zeit vom Durchgang des ersten bis zum Durchgang des letzten Partikels durch die Meßebene 1, und - gleiche Partikelmassen
vorausgesetzt - des Durchgangszeitpunktes des Schwerpunktes des Schwarms erfolgen. Um die Meßergebnisse
sichtbar zu machen, bzw. aufzuzeichnen, sind an die Auswerteeinheit
10 über ein Interface 18 nicht dargestellte Peripheriegeräte, wie Displays, Printer oder Plotter anschließbar.
Um einzelne Partikel- bzw. Schwarmteilgeschwindigkeiten, insbesonders aber die jeweilige Geschwindigkeit des Schwerpunktes
des frei fliegenden Partikelschwarms zu bestimmen, sind, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei in Hauptbewegungsrichtung
3 um einen bestimmten Abstand s versetzte Meßebenen 1, 11 erforderlich. Die Auswirkungen des Durchganges des
Partikelschwarmes durch die beiden Meßebenen 1,1' sind die
gleichen wie bereits zu Fig. 1 besprochen; durch die hier
nicht dargestellten Anschlüsse der lichtelektrischen Wandler 6 an der Fig. 1 entsprechende Auswerteeinrichtungen werden
nun zwei verschiedene Durchgangszeitpunkte etwa für den
Schwerpunkt des Partikelschwarms durch die Meßebenen 1, 1'
erhalten, aus welchen sich die mittlere Schwerpunktsgeschwindigkeit v„ zwischen den beiden Meßebenen 1, 1' wie
folgt ergibt:
vs =
und wobei s der Abstand der beiden Meßebenen 1, 1' in Hauptbewegungsrichtung
3, ^a+art ^er Durchgangszeitpunkt des
Schwerpunktes des Partikelschwarms durch die Meßebene 1 und
- 9 t . der Durchgangszeitpunkt des Schwerpunktes durch die Keß-
O ν OÜ
ebene 1· ist.
Die Bestimmung der Ausdehnung des Partikelschwarms in
Hauptbewegungsrichtung 3 geschieht wie folgt:
1G "At vs '
wobei l^die Garbenlänge,δt die Zeit vom Durchgang des ersten
bis zum Durchgang des letzten Partikels durch jeweils dieselbe Meßebene und ν die Schwerpunktgeschwindigkeit der
Garbe ist.
Soferne der Partikelschwarm seine Gestalt zwischen den
beiden Meßebenen 1, 1' ändert, können drei verschiedene Garbenlängen berechnet werden:
• vs
• * vs
• * vs
wobei 1G1 die Garbenlänge in der Meßebene 1, 1Q*, die Garbenlänge
in der Meßebene 1' und 1„ die mittlere Garbenlänge
zwischen den beiden Meßebenen 1, 1' ist„ '
Die Einrichtung nach Pig. 3 ermöglicht es, durch zusätzliches
Registrieren der Amplitudenwerte der vom lichtelektrischen Wandler 6 gelieferten Signale eine exakte Bestimmung
der Durchgangscharakteristik-, insbesonders des Durchgangszeitpunktes des Schwerpunktes, eines Partikelschwarms
auch dann durchzuführen, wenn mehrere Partikel 4 gleichzeitig die Meßebene 1 passieren. Voraussetzung dafür
ist allerdings, daß die Partikel nicht nur annähernd gleiche Kasse sondern auch annähernd gleiche Außenabmessungen aufweisen,
was z.B. bei Schrotgarben durchaus der Fall ist. Die Meßebene 1 ist wiederum durch ein optisches Abbildungssystem
definiert, weist jedoch hier im Unterschied zu der in Pig. 1 dargestellten Ausführung annähernd parallele Begrenzungen
11 auf. Wenn, wie dargestellt, mehrere Partikel 4 annähernd gleichzeitig.die Meßebene 1 durchdringen, so ist
die vom lichtelektrischen Wandler 6 umgesetzte Intensitätsänderung
gleich der für ein einzelnes Partikel auftretenden Intensitätsänderung mal der Anzahl der Partikel. Über eine
zusätzliche Erkennungseinrichtung 12 zur Amplitudenerkennung wird neben der Speicherung der Durchgangszeitpunkte im
Register 9 die Anzahl der gleichzeitig die Meßebene 1 passierenden
Partikel 4 einem zusätzlichen Register 13 eingegeben. Das Register 13 ist ebenfalls an die Auswerteeinheit
10 angeschlossen, welche bei der Bestimmung des Durchgan^szeitpunktes
des Schwerpunktes nunmehr auch die Anzahl bzw.
den Durchgangszeitpunkt der gleichzeitig die Meßebene durchdringenden Partikel entsprechend berücksichtigt. Über ein
Interface 18 ist auch hier wiederum der Anschluß von nicht dargestellten Peripheriegeräten zur Sichtbarmachung bzw.
Speicherung der Ergebnisse möglich.
Pig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung, mit der
es durch zusätzliches Registrieren der Durchtrittsdauer der Partikel 4 durch die Meßebene 1 möglich ist, eine genaue
Bestimmung der Durchgangscharakteristik, insbesonders des DurchgangsZeitpunktes des Schwerpunktes, auch dann durchzuführen,
wenn mehrere Partikel die Meßebene in einem Abstand a in Hauptbewegungsrichtung 31 der kleiner als die
Abmessung a der Partikel 4 in Hauptbewegungsrichtung 3 ist, durchdringen. Zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Aus-.
Werteeinrichtungen ist hier eine weitere Erkennungseinheit 14 vorgesehen, welche die Dauer jeder einzelnen lichtschwächung
ermittelt und die entsprechenden Werte in ein weiteres, ebenfalls mit der Auswerteeinheit 10 verbundenes
Register 15 speichert. Die zusätzlichen Informationen aus den. Register 15 werden in entsprechender Vveise etwa bei der
Bestimmung des Durchgangszeitpunktes des Schwerpunktes durch die Auswerteeinheit 10 berücksichtigt.
In der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung sind die zu den Fig. 3 und 4 besprochenen Zusatzfunktionen kombiniert*
Das vorn Eignalaufbereiter 7 gelieferte verstärkte Analogsignal wird über einen Analog/Digital-Konverter 16 digitalisiert
und in einem Register 17 gespeichert. Mittels der an
31 337AA
das Register 17 angeschlossenen Auswerteeinheit 10' ist es
möglich, bei der Bestimmung der Durch^angscharakteristik
eines iartikelschwarms sowohl annähernd gleichzeitig die !■!e^ebere 1 passierende Partikel 4 als auch Partikel, deren
Abstand in Hauptbewegungsrichtung kleiner als die:Partikelabaessung
in Hauptbewegungsrichtung ist, zu berücksichtigen. Diese Anordnung eignet sich daher ganz besonders zur
Bestimmung des Durchgangszeitpunktes des Schwerpunktes von dicht gepackten Partikelschwärmen, wie etwa einer Schrotgarbe
in Mündungsnähe.
Als optisches Abbildungssystem kann für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung jedes zur Geschoßgesehwinäigkeitsmessung
geeignete Abbildungssystem,wie etwa eine'Lichtschranke
bekannter Bauart, zoB. Durchlicht-, Himmelslichtoder
Reflexionslichtschrahke, verwendet werden, soferne nur
die aktive Meßebene groß genug ist und die optische bzw. elektronische Auflösung für eine ausreichend scharfe Abbildung
der einzelnen Partikel geeignet ist. ·
Claims (4)
- — ι —PatentansprücheM ,\ Einrichtung zur Bestimmung der Durchgangscharakteristik, insbesondere des Schwerpunktes, eines sich in einer Hauptbewegungsrichtung frei bewegenden Partikelschwarms, insbesonders einer Schrotgarbe, durch zumindest eine, in bekannter Richtung, insbesonders zumindest annähernd senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung liegende imaginäre Meßebene, dadurch gekennzeichnet, daß die imaginäre Meßebene (1, 11) von zumindest einem optischen Abbildungssystem gebildet ist, welches vorzugsweise mit elektromagnetischen Wellen des sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Spektralbereichs arbeitet und die beim Durchgang der einzelnen Partikel (4) bzw. Schwarmteile durch die Meßebene (1, 1') auftretende Beeinflussung der registrierbaren Intensität mittels zumindest eines Wandlers (6) in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt, daß der Wandler C6) zumindest indirekt mit zumindest einem Register (9» 17) zur Speicherung der dem Durchgang der einzelnen Partikel (4) bzw. Schwarmteile entsprechenden Signale verbunden ist, daß an das Register (9, 17) eine Auswerteeinheit (10) angeschlossen ist, welche aus den gespeicherten Signalen die Durchgangscharakteristik ermittelt.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Register (9, 17) eine Signalaufbereitungseinheit (8, 16) vorgeschaltet ist, welche eine zu Beginn der Messung startbare Zähleinrichtung umfaßt und den jeweiligen Durchgangszeiten entsprechende Informationen an das Register (9, 17) abgibt.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Register (13) vorgesehen ist, welches mit einer Erkennungseinrichtung (12) zur Amplitudenerkennung der vom Wandler (6) gelieferten Signale verbunden ist, und ebenfalls an die Auswerteeinheit (10) angeschlossen ist.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeich-net, daß eine zusätzliche JErkennungseinheit (14) vorgesehen ist, welche die Dauer jeder einzelnen Intensitätsbeeinflussung der vom Wandler (6) gelieferten Signale ermittelt und die entsprechenden Vierte in ein weiteres, ebenfalls mit der Auswerteeinheit (10) verbundenes Register (15) einspeicherteEinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungseinheit (16) von einem Analog/Digital-Konverter gebildet ist, welcher das über den Wandler (6) in analoger Form gelieferte Signal in digitalisierter Form in das Register (17) einspeichert.Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei, imaginäre Meßebenen (1, 1·) darstellende, optische Abbildungssysteme vorgesehen sind, welche in Hauptbewegungsrichtung (3) einen bestimmten Abstand (s) aufweisen und mit den entsprechenden Auswerteeinrichtungen verbunden sind.
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| GB2084722B (en) | 1984-05-31 |
| FR2492106A1 (fr) | 1982-04-16 |
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