KR101378106B1 - 표적 감적 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표적 감적 장치에 관한 것으로서, 피에조 센서를 복수로 평행하게 배열하여 슈퍼소닉파를 감지함으로써 표적에 관통된 총알의 위치를 확인할 수 있는 발명에 관한 것이다. 이를 위해 표적으로부터 서로 다른 이격거리에 위치되며, 이동체의 비행중에 발생되는 슈퍼소닉파를 감지하는 복수의 감지센서, 및 복수의 감지센서에 슈퍼소닉파가 도착한 시간차 및 이격거리 중 적어도 어느 하나에 의해 이동체가 표적을 관통한 위치를 계산하는 계산수단이 개시된다.

Description

표적 감적 장치{Target position detecting apparatus}

본 발명은 표적 감적 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피에조 센서를 복수로 평행하게 배열하여 슈퍼소닉파를 감지함으로써 표적에 관통된 총알의 위치를 확인할 수 있는 발명에 관한 것이다.

일반적으로 군 사격장에서는 사수가 발사한 총알의 표적 관통 위치 확인을 위해 사수 또는 통제관이 직접 표적으로 이동하여 표적에 관통된 총알의 위치를 확인한다. 이때 사수 또는 통제관이 직접 표적이 있는 장소로 이동하는 경우에는 안전 사고의 위험이 항상 내재하고 있다. 따라서 총알이 표적을 관통한 위치를 사수가 직접 이동하지 않고 확인할 수 있는 방법이 필요하다.

선행기술문헌인 일본국 공개특허공보 제1994-194097(발명의 명칭 : 사격훈련장치)에 따르면 표적의 부근에 배치시킨 복수의 사격파 센서의 각 출력으로부터 탄환 통과 위치를 연산하고, 탄환 통과 위치를 보정하기 위한 발명이다. 선행문헌과 비교해 볼 때 본 발명은 피에조 센서를 이용하여 N파형을 감지하는데 일 예로서 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 사수로부터 발사된 총알의 표적 관통 위치를 피에조 센서로부터 변환된 N파형을 이용하여 자동으로 계산할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 표적으로부터 서로 다른 이격거리에 위치되며, 이동체의 비행중에 발생되는 슈퍼소닉파를 감지하는 복수의 감지센서, 및 복수의 감지센서에 슈퍼소닉파가 도착한 시간차 및 이격거리 중 적어도 어느 하나에 의해 이동체가 표적을 관통한 위치를 계산하는 계산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 감적 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 적어도 3개의 감지센서는 표적의 전면에 서로 다른 이격거리로 평행하게 위치되며, 적어도 1개의 감지센서는 적어도 3개의 감지센서 중 중앙에 위치한 감지센서로부터 일정거리 이격되어 위치된다.

또한, 복수의 감지센서는 피에조 센서이며 피에조 센서는 슈퍼소닉파를 N파 형상으로 변환한다.

또한, 계산수단은, N파를 감지하여 슈퍼소닉파가 피에조 센서에 도착한 시간차를 계산한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 총알이 관통한 표적의 관통 위치를 자동으로 계산함으로써 통제실에서 각 사수의 사격 점수를 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

또한, 사수가 직접 표적으로 이동하여 총알 관통 위치를 확인할 필요가 없어 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 피에조 센서의 배치 위치를 나타낸 도면이고,
도 2는 총탄 발사에 따른 슈퍼소닉 파형과 화약 폭발음 파형을 나타낸 도면이고,
도 3은 N파형을 나타낸 도면이고,
도 4는 피에조 센서 케이스의 단면을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 표적 관통 위치를 계산하기 위한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

(표적 감적 장치의 구성)

본 발명에 따른 표적 감적 장치는 표적으로부터 일정거리 떨어진 위치에서 사수가 포탄 또는 총알을 발사한 경우 표적에 관통한 표적 관통 위치를 피에조 센서를 이용하여 자동으로 계산하는 발명에 관한 것이다. 포탄 또는 총알은 공기중을 비행하는 경우 슈퍼소닉파가 발생하며 피에조 센서는 슈퍼소닉파를 특정 전압 파형의 형태로 변환함으로써 총알의 속도와 표적 관통 위치를 계산한다. 이하에서는 각 도면을 참고하여 본 발명에 따른 표적 감적 장치의 구성을 자세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 표적(1)으로부터 일정거리 떨어진 위치에서 각 사로(10)에 위치한 사수로부터 총탄이 발사된 경우 표적에 총알(5)이 관통되거나 또는 표적을 벗어날 수도 있다. 이때, 총알이 표적을 관통하는 경우 각 사수는 표적 관통 위치 확인을 위해 표적으로 이동하게 되며 이러한 경우 안전사고의 위험이 있게 된다. 따라서 본 발명에서는 표적(1) 전면에 도 1과 같이 3개의 피에조 센서(110,120,130)를 평행으로 배치하고, 3개의 피에조 센서의 중앙에 위치한 센서(120)로부터 일정거리 떨어진 위치에 기준 피에조 센서(140)를 배치함으로써 총탄의 속도와 표적의 관통 위치(3)를 계산할 수 있다. 표적의 관통 위치는 후술하기로 한다.

피에조 센서는 진동을 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하는 센서로서 본 발명에서는 사수로부터 발사된 총알이 공기중을 비행하는 경우 발생하는 슈퍼소닉파를 전기적 신호로 변환하고 변환된 전기적 신호를 컴퓨터 등이 산출함으로써 표적의 위치와 총알의 속도를 계산한다.

피에조 센서에 의해 변환되는 전기적 신호는 도 2에 도시된 바와 같으며 총알의 대기중 비행에 의해 발생된 슈퍼소닉파형과 총탄 발사에 의한 화약폭발음 파형이 서로 다름을 알 수 있다. 특히, 피에조센서에 의해 전기적 신호로 변환된 슈퍼소닉파의 파형은 도 3에 도시된 바와 같이 "N"파형의 형상을 지닌다.

피에조 센서는 도 4에 도시된 바와 같이 피에조 센서(압전소자)를 둘러싼 케이스가 있으며, 피에조 센서의 주위에는 음파가 입력되는 음파입구가 배치된다. 슈퍼소닉파의 고주파에 반응하고 바람 등 저주파에는 둔감한 피에조 센서를 사용하는 것이 바람직하고, 피에조 센서의 케이스(300)는 슈퍼소닉파가 통과 가능한 재질 특히 아크릴 등으로 제작하는 것이 바람직하다. 음파입구(200)는 본 발명에서 감지하고자 하는 신호 이외의 약한 신호(즉, 특정주파수 이외의 신호)는 차단하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 도시되어 있지는 않으나 피에조 센서(100)로부터 감지된 신호는 감적센서 컨트롤러에 데이터가 수집되고, 감적센서 컨트롤러는 유선 또는 무선으로 통제실로 데이터를 전송한다. 통제실 컴퓨터는 전송된 데이터를 분석하여 각 사수가 발사한 표적의 관통 위치를 실시간으로 모니터 상에 표시할 수 있다.

(총알 속도 및 표적 관통 위치 계산)

총알의 속도는 도 1에 도시된 바와 같이 사수가 총알을 발사한 순간 발생되는 화약 폭발음이 기준 피에조 센서(140)에 도착한 시간과 발사된 총알이 기준 피에조 센서(140)에 도착한 시간과의 시간차이와 사수로부터 기준 피에조 센서의 떨어진 거리(x)를 이용하여 다음의 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 각 피에조 센서가 표적 관통 위치(3)로부터 일정거리 떨어져 있으며 서로 평행하게 배치되어 있다. 바람직하게는 제2피에조 센서(120)는 표적의 중앙에 위치하고, 나머지 제1 및 제3 피에조 센서는 표적의 양끝에 위치한다. 먼저, 제2피에조 센서(120,LM₂)와 제3피에조 센서(130,LM₁) 사이의 도착시간에서의 차이를 계산하면 다음의 수학식 2와 같다.

여기서, T₁은 LM₂와 LM₁ 사이의 시간차,

는 음속,

는 총알의 충격각도이다.

마찬가지로, 제2피에조 센서(120,LM₂)와 제1피에조 센서(110,LM₃) 사이의 도착시간에서의 차이를 계산하면 다음의 수학식 3과 같다.

여기서, T₂는 LM₂와 LM₃ 사이의 시간차이다.

수학식 2 및 3으로부터 계산된 시간이 양의 시간인 경우 피에조 센서 쌍(제2피에조 센서와 제1피에조 센서 또는 제2피에조 센서와 제3피에조 센서)의 중간점의 오른쪽에 관통 위치가 형성되고, 음의 시간인 경우 피에조 센서 쌍의 중간점의 왼쪽에 관통 위치가 형성됨을 알 수 있다.

오른쪽 및 왼쪽 삼각형에 대한 코사인 법칙을 적용하면 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같다.

여기서, A는 피에조 센서의 이격 거리이고,

이다.

수학식 5에서 수학식 4를 빼면 다음의 수학식 6과 같다.

제2피에조 센서(120)로부터 총알의 관통위치의 오프셋 거리는 다음의 수학식 7과 같다.

수학식 6과 수학식 7을 사용하여 Z에 관해서 풀면 다음의 수학식 8과 같다.

수학식 7을 다시 풀면 다음의 수학식 9와 같다.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

1 : 표적
3 : 관통 위치
5 : 총알
10 : 사로
100 : 피에조 센서
110 : 제1피에조 센서
120 : 제2피에조 센서
130 : 제3피에조 센서
140 : 기준 피에조 센서
200 : 음파입구
300 : 케이스

Claims (3)

1. 표적으로부터 서로 다른 이격거리에 위치되며, 이동체의 비행중에 발생되는 슈퍼소닉파를 감지하는 복수의 감지센서, 및
   상기 복수의 감지센서에 상기 슈퍼소닉파가 도착한 시간차 및 상기 이격거리 중 적어도 어느 하나에 의해 상기 이동체가 상기 표적을 관통한 위치를 계산하는 계산수단을 포함하고,
   상기 복수의 감지센서는 상기 표적의 전면에 평행하게 순차적으로 구비된 제1,2,3 감지센서이며,
   상기 계산수단은,
   제1 감지센서와 제2 감지센서의 슈퍼소닉파 도착 시간차와 제2 감지센서와 제3 감지센서의 슈퍼소닉파 도착 시간차를 각각 계산하고, 계산된 도착 시간차의 양 또는 음의 값에 따라 감지센서 쌍의 중간점의 좌 또는 우 중 어느 한쪽에 이동체가 관통한 위치를 산출하고,
   표적의 관통 위치는 상기 제1, 제2, 제3 감지센서 각각의 위치로부터 표적의 관통 위치까지의 거리 기반에 의해 다음의 수학식에 의해 계산되며,
   적어도 3개의 상기 감지센서는 상기 표적의 전면에 서로 다른 이격거리로 평행하게 위치되며, 적어도 1개의 상기 감지센서는 상기 적어도 3개의 감지센서 중 중앙에 위치한 감지센서로부터 일정거리 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 표적 감적 장치.
   [수학식 1]
   

   

   
   
   [수학식 2]
   

   

   
   
   여기서, Z, X는 총알의 관통 좌표이고, Rc는 제2피에조 센서와 관통 좌표점과의 거리이고, θ는 제2피에조 센서와 관통 좌표점이 이루는 각이고,

   

   는 음속이고, D₁은 제2피에조 센서와 제3피에조 센서 사이의 도착 시간차이고, D₂는 제2피에조 센서와 제1피에조 센서 사이의 도착 시간차이고, A는 피에조 센서의 이격 거리이다.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 감지센서는 피에조 센서이며, 상기 피에조 센서는 상기 슈퍼소닉파를 N파 형상으로 변환하며,
   상기 계산수단은,
   상기 N파를 감지하여 상기 슈퍼소닉파가 상기 피에조 센서에 도착한 시간차를 계산하는 것을 특징으로 하는 표적 감적 장치.

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