RU107592U1

RU107592U1 - SYSTEM FOR DETERMINING A LARGE SPEED OF A TEST OBJECT AT ITS HIGH-SPEED METANIA (OPTIONS)

Info

Publication number: RU107592U1
Application number: RU2011109001/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Герасимов; Василий Ефимович Лысенков; Владимир Павлович Позлевич; Константин Валерьевич Тотышев
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-08-20

Abstract

1. Система для определения околодульной скорости движения объекта испытаний (ОИ) при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками (МУ), состоящая из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного из рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привязкой к временной шкале, отличающаяся тем, что средством фиксации и регистрации начального положения ОИ служит фотодатчик (ФД), ориентированный на срез канала ствола, средством фиксации рабочего положения является по меньшей мере одна фотокамера с импульсным источником света, установленная в требуемом сечении, ФД связан с блоком дискретной задержки (БДЗ), обеспечивающим синхронное срабатывание источника света и фотокамеры в моменты появления ОИ в заданном сечении, а в качестве средства регистрации рабочего положения ОИ на траектории движения использован экран с реперной маркой, установленный напротив соответствующей фотокамеры. ! 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве фотокамеры использована цифровая камера с возможностью функционирования в режиме многокадровой экспозиции при помощи двух импульсных источников света, синхронизированных БДЗ с движением ОИ по траектории. ! 3. Система для определения околодульной скорости движения объекта испытаний (ОИ) при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками (МУ), состоящая из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного из рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привяз� 1. A system for determining the near-ocular speed of the test object (OI) during its high-speed throwing by barrel throwing systems (MU), consisting of means for fixing and recording the initial and at least one of the operating positions of the OI on the trajectory of its movement, set in advance predetermined sections of the trajectory of the OI with their reference to the time scale, characterized in that the means of fixing and recording the initial position of the OI is a photosensor (PD), oriented to the cut of the bore, means fi at least one camera with a pulsed light source installed in the desired section, the PD is connected to a discrete delay unit (BDZ), which provides simultaneous operation of the light source and the camera at the time of the appearance of an OI in a given section, and as a means of recording the working the position of the OI on the motion path used a screen with a reference mark, mounted opposite the corresponding camera. ! 2. The system according to claim 1, characterized in that a digital camera is used as a camera with the ability to operate in a multi-frame exposure mode using two pulsed light sources synchronized by the BDZ with the movement of the optical path along the path. ! 3. A system for determining the near-ocular velocity of the test object (OI) during its high-speed throwing by barrel throwing systems (MU), consisting of means for fixing and recording the initial and at least one of the operating positions of the OI on the trajectory of its movement, set in advance given sections of the trajectory of the motion of the OI with their binding

Description

Полезная модель относится к системам определения скорости, основанным на оптико-физических схемах регистрации, а именно, схемах фиксации положений объекта испытаний (ОИ) при высокоскоростном метании на траектории его движения, и может быть использована для определения околодульной скорости ОИ при исследованиях в области аэродинамики, баллистики и т.д.The utility model relates to speed determination systems based on optical-physical registration schemes, namely, schemes for fixing the test object (OI) positions during high-speed throwing on the trajectory of its movement, and can be used to determine the near-eye velocity of OI in studies in the field of aerodynamics, ballistics, etc.

Известна система для определения скорости движения ОИ при его высокоскоростном метании (Н.А.Златин, Г.И.Мишин Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях, М. «Наука» 1974 г.) с помощью контактных рам-мишеней, работающих как на замыкание, так и на размыкание. Датчики установлены на заранее известном расстоянии друг от друга (база между двумя сечениями) S. При срабатывании датчиков определяется интервал времени ∆Т, и затем вычисляют значение скорости V.A known system for determining the speed of motion of an OI during its high-speed throwing (N.A. Zlatin, G.I. Mishin Ballistic installations and their application in experimental studies, M. "Science" 1974) using contact frames-targets working as for closing and for opening. The sensors are installed at a predetermined distance from each other (the base between the two sections) S. When the sensors are triggered, the time interval ∆Т is determined, and then the speed value V is calculated.

Недостатком данной системы является неопределенность в моменте разрыва (замыкания) вследствие деформации проволоки (или фольги) и во влиянии датчиков на параметры движения и целостность самого ОИ. Кроме того, для увеличения точности определения скорости на участке траектории движения необходимо с высокой точностью проводить измерения времени и измерительной базы.The disadvantage of this system is the uncertainty in the moment of rupture (short circuit) due to deformation of the wire (or foil) and in the influence of the sensors on the motion parameters and the integrity of the OI itself. In addition, in order to increase the accuracy of determining the speed on a section of the motion path, it is necessary to measure time and the measuring base with high accuracy.

Технический результат при использовании заявляемой полезной модели состоит в исключении влияния фиксирующих положение средств на ОИ, движущийся по траектории полета, и сведении к минимуму погрешности измерения измерительной базы и времени.The technical result when using the claimed utility model consists in eliminating the influence of position-fixing means on the aircraft moving along the flight path and minimizing the measurement error of the measuring base and time.

Данный технический результат достижим в первом варианте системы за счёт того, что в отличие от известной системы для определения околодульной скорости движения объекта испытаний при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками (МУ), состоящей из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привязкой к временной шкале, в предложенной схеме средством фиксации и регистрации начального положения ОИ служит фотодатчик (ФД), ориентированный на срез канала ствола, средством фиксации рабочего положения является по меньшей мере одна фотокамера с импульсным источником света, установленная в требуемом сечении, ФД связан с блоком дискретной задержки (БДЗ), обеспечивающим синхронное срабатывание источника света и фотокамеры в моменты появления ОИ в заданном сечении, а в качестве средства регистрации рабочего положения ОИ на траектории движения использован экран с реперной маркой, установленный напротив соответствующей фотокамеры.This technical result is achievable in the first version of the system due to the fact that, in contrast to the known system for determining the near-ocular speed of the test object during its high-speed throwing by barrel throwing systems (MU), consisting of means for fixing and recording the initial and at least one operating positions of the OI on the trajectory of its movement, set in predetermined sections of the trajectory of the motion of the OI with their reference to the time scale, in the proposed scheme, by means of fixing and recording At the full position of the OI, there is a photosensor (PD) oriented to the bore of the bore, a means of fixing the working position is at least one camera with a pulsed light source installed in the desired cross section, the PD is connected to a discrete delay unit (BDZ), which ensures synchronous operation of the light source and cameras at the time of the appearance of the OI in a given section, and as a means of recording the operating position of the OI on the motion path, a screen with a reference mark is used, opposite it is set accordingly camera.

В конкретной реализации, в заявляемой системе в качестве фотокамеры может быть использована цифровая камера с возможностью функционирования в режиме многокадровой экспозиции при помощи двух импульсных источников света, синхронизированных БДЗ с движением ОИ по траектории.In a specific implementation, in the inventive system, a digital camera can be used as a camera with the possibility of functioning in a multi-frame exposure mode using two pulsed light sources synchronized by the BDZ with the movement of the optical path along the path.

Заявляемый технический результат достижим во втором варианте системы за счёт того, что в отличие от известной системы для определения околодульной скорости движения объекта испытаний при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками, состоящей из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного из рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привязкой к временной шкале, в предложенной системе средством фиксации начального положения ОИ, характеризуемого световой вспышкой на выходе ОИ из ствола, формирующей начальный импульс света, является фотоприемное устройство (ФПУ), а средством фиксации рабочего положения является установленный в требуемом сечении бесконтактный датчик пролета ОИ, представляющий собой фотодатчик с излучателем, электрически соединенный с импульсным источником света, формирующим рабочий импульс света, при этом средством регистрации зафиксированных положений ОИ служит осциллограф, связанный с фотоприемным устройством.The claimed technical result is achievable in the second version of the system due to the fact that, in contrast to the known system for determining the near-eye velocity of the test object during its high-speed throwing with barrel throwing systems, consisting of means for fixing and recording the initial and at least one of the working positions OI on the trajectory of its movement, set in predefined sections of the trajectory of motion of the OI with their reference to the time scale, in the proposed system by means of fixing the initial the position of the OI, characterized by a light flash at the OI exit from the trunk, which forms the initial light pulse, is a photodetector (FPU), and the means of fixing the working position is a non-contact sensor of the OI, installed in the required section, which is a photosensor with a radiator, electrically connected to a pulsed source light, forming a working pulse of light, while the means of recording the fixed positions of the OI is an oscilloscope connected to a photodetector.

Для первого варианта системы, в которой фиксацию положений ОИ осуществляют бесконтактным образом с применением оптико-электронных средств, в частности, задающим реперную марку может быть отвес. В этом случае, определение значения фактической околодульной скорости между полученными положениями ОИ в заданных сечениях на траектории движения ОИ производится исходя из априорного знания фактического расстояния между отвесами (S₂ - S₁) и расстояний, измеренных по фотоснимкам на экране, между положением ОИ и реперной системой в двух рабочих сечениях (l₁ - недолет и l₂ - перелет) с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на фотоснимке) к разности временных установок БДЗ (Т₂ - Т₁), с которыми осуществлялся запуск импульсных источников света.For the first version of the system, in which the positions of the OI are fixed in a non-contact manner using optical-electronic means, in particular, a plumb line can be set as the reference mark. In this case, the determination of the value of the actual near-eye velocity between the obtained positions of the OI in the given sections on the trajectory of the OI is based on a priori knowledge of the actual distance between the plumb lines (S ₂ - S ₁ ) and the distances measured from the photographs on the screen between the position of the OI and the reference system in two working sections (l ₁ - l ₂ and undershoot - flight) with the scale factor (ratio of actual length to the length OI OI in the photograph) to the time difference units CDD (T ₂ - T _1), which was carried out of Start pulsed light sources.

В случае, где в качестве регистратора используется цифровая камера с возможностью функционирования в режиме многокадровой экспозиции для определения околодульной скорости используется отношение расстояния между двумя положениями ОИ на фотоснимке с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на снимке) к интервалу времени между срабатываниями двух ИИС, связанных с фотокамерой.In the case where a digital camera is used as a recorder with the possibility of operating in multi-frame exposure mode, the ratio of the distance between two positions of the optical emitter in the photograph taking into account the scale factor (the ratio of the actual optical signal length to the optical signal length in the image) to the time interval between operations is used to determine the near-eye speed two IMSs associated with the camera.

Во втором варианте фиксацию положений ОИ осуществляют бесконтактным образом с применением оптико-электронных средств, при этом за начало отсчета времени выбирают момент выхода ОИ из канала ствола посредством фотоприемного устройства (ФПУ), регистрирующего изменение фонового излучения от появления свечения пороховых газов, движущихся за ОИ, а в момент прохождения ОИ заданного сечения определяется датчиком пролета ОИ, настроенного на изменение освещенности от излучателя на фоточувствительных элементах при пролете ОИ, который выдает импульс запуска на ИИС. Определение фактической околодульной скорости ОИ на участке траектории движения ОИ от среза канала ствола до плоскости регистрации ФПУ осуществляется из отношения данной длины S к интервалу времени, определяемого по осциллограмме на цифровом осциллографе, полученной от ФПУ, регистрирующего выхлоп метательной установки (начальный импульс света), и моменту срабатывания импульсного источника света ∆Т (рабочий импульс света).In the second version, the positions of the OI are fixed in a non-contact manner using optical-electronic means, and at the beginning of the counting of the time, the moment of the OI exit from the barrel channel is selected by means of a photodetector (FPU) that registers a change in the background radiation from the appearance of the glow of powder gases moving behind the OI, and at the moment of passage of the OI of a given section, it is determined by the sensor of the passage of the OI configured to change the illumination from the emitter on the photosensitive elements during the passage of the OI, which gives them launch pulse on IIS. The actual okolodnuyu speed of the OI in the section of the trajectory of the OI from the cut of the bore to the registration plane of the FPU is determined from the ratio of a given length S to the time interval determined by the oscillogram on a digital oscilloscope obtained from the FPU registering the exhaust of the propulsion system (initial light pulse), and the moment of operation of the pulsed light source ∆Т (working light pulse).

Замена контактного метода измерений на бесконтактный при регистрации положений ОИ на траектории его движения позволяет исключить влияние фиксирующих положение ОИ средств на собственно ОИ.Replacing the contact measurement method with the non-contact one when registering the positions of the OI on the trajectory of its movement allows us to exclude the influence of the means fixing the position of the OI on the actual OI.

Кроме того, как известно, относительная ошибка измерения скорости складывается из суммы относительных ошибок определения базы и времени. Поэтому при заявляемом подходе к измерениям в первом варианте системы определения скорости для уменьшения ошибки измерения базы увеличена длина базового расстояния. В частном случае реализации этого варианта величина базового расстояния уменьшена, но точность измерения базы увеличена за счет наличия двух положений ОИ на одном фотоснимке. Во втором варианте относительная ошибка измерения скорости уменьшена за счет более точного знания интервала времени, полученного по осциллограмме с цифрового осциллографа, являющегося практически прецизионным устройством.In addition, as you know, the relative error of speed measurement is the sum of the relative errors in determining the base and time. Therefore, with the claimed measurement approach in the first embodiment of the speed determination system, the length of the base distance is increased to reduce the measurement error of the base. In the particular case of the implementation of this option, the value of the base distance is reduced, but the accuracy of measuring the base is increased due to the presence of two positions of the OI in one photograph. In the second embodiment, the relative error of the velocity measurement is reduced due to a more accurate knowledge of the time interval obtained from the oscillogram from a digital oscilloscope, which is an almost precision device.

Таким образом, при исключении влияния средств фиксации и регистрации положений ОИ на траектории его движения повышена точность определения околодульной скорости в первом случае (первый вариант) за счет увеличения базового расстояния, во втором случае - за счет проведения измерения базового расстояния на одном снимке и в третьем случае (второй вариант) за счет использования осциллографа как измерителя времени с высокой точностью.Thus, with the exclusion of the influence of the means of fixing and recording the positions of the OI on the trajectory of its movement, the accuracy of determining the near-eye velocity is increased in the first case (first option) by increasing the base distance, in the second case by measuring the base distance in one picture and in the third case (second option) due to the use of an oscilloscope as a time meter with high accuracy.

На фиг.1 и фиг.2 изображены схемы регистрации, лежащие в основе первого варианта заявляемой системы, где 1 - метательная установка (МУ), 2 - импульсный источник света (ИИС), 3 - фотокамера (ФК), 4 - фотодатчик (ФД), 5 - блок дискретных задержек (БДЗ).Figure 1 and figure 2 shows the registration schemes that underlie the first embodiment of the inventive system, where 1 is a missile launcher (MU), 2 is a pulsed light source (IMS), 3 is a camera (FC), 4 is a photosensor (PD ), 5 - block of discrete delays (BDZ).

На фиг.3 изображена схема регистрации, лежащая в основе второго варианта заявляемой системы определения околодульной скорости, где 1 - МУ, 2 - ИИС, 6 - датчик пролета ОИ, представляющий собой фотодатчик с излучателем, 7 - ФПУ, 8 - цифровой осциллограф (ЦО).Figure 3 shows the registration scheme underlying the second version of the inventive system for determining the near-eye velocity, where 1 - MU, 2 - IIS, 6 - sensor span OI, which is a photosensor with an emitter, 7 - FPU, 8 - digital oscilloscope (CO )

При осуществлении системы по первому варианту (фиг.1) фотодатчик 4, ориентированный на срез канала ствола, реагирует на световое излучение при выходе ОИ из канала ствола МУ 1 и подает сигнал на БДЗ 5, где заранее установлены временные задержки Т1 и Т2 в соответствии с расчетной скоростью движения ОИ на участках траектории S1 и S2, для срабатывания ИИС 2. В момент их срабатывания фотокамеры 3 регистрируют положение ОИ на фоне экранов с закрепленными на них отвесами (репер). По полученным снимкам определяют положение модели относительно реперных марок на каждом фотоснимке с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на снимке), а затем фактическое расстояние S между положениями модели на траектории ее движения. Зная данное расстояние и временной интервал между срабатываниями ИИС, легко определяется значение околодульной скорости на участке траектории S2 - S1.When implementing the system according to the first embodiment (Fig. 1), the photosensor 4, oriented to the bore of the barrel channel, reacts to light radiation when the OI leaves the barrel channel of MU 1 and sends a signal to the BDZ 5, where the time delays T1 and T2 are pre-set in accordance with the estimated speed of the movement of the OI in the sections of the trajectory S1 and S2, for the triggering of the IIS 2. At the time of their operation, the cameras 3 record the position of the OI against the background of screens with plumb lines fixed to them (reference points). From the obtained images, the position of the model relative to the reference marks in each photograph is determined taking into account the scale factor (the ratio of the actual length of the optical element to the length of the optical element in the image), and then the actual distance S between the positions of the model on the trajectory of its movement. Knowing this distance and the time interval between the detections of the IMS, the value of the near-neck velocity in the section of the trajectory S2 - S1 is easily determined.

При осуществлении системы по схеме реализации по первому варианту (фиг.2) ее работа осуществляется аналогично предыдущему варианту с отличием в том, что вместо двух фотокамер используется фотокамера 3 с многокадровой экспозицией, связанная с двумя ИИС, синхронизированными БДЗ с движением ОИ по траектории, и регистрируются на одном снимке сразу два положения модели. Скорость определяется на основе знания расстояния между этими положениями модели с учетом масштабного коэффициента и интервала между срабатываниями ИИС.When implementing the system according to the implementation scheme according to the first embodiment (Fig. 2), its operation is carried out similarly to the previous embodiment, with the difference that instead of two cameras, a camera 3 with multi-frame exposure is used, associated with two IRS synchronized with BDZ along the path of the optical path, and two positions of the model are recorded on one picture at once. The speed is determined on the basis of knowledge of the distance between these positions of the model, taking into account the scale factor and the interval between the triggering of the IMS.

При реализации второго варианта системы (фиг.3) в качестве основного источника информации используется ФПУ 7, устанавливаемое таким образом, чтобы в «поле зрения» его попадал как выхлоп из ствола МУ 1, так и ИИС 2, подключенный к линии запуска от датчика пролета ОИ 6, который установлен на определенном расстоянии S от среза канала ствола и регистрирует момент пролета ОИ плоскости светового потока от излучателя. В момент выхода ОИ из канала ствола ФПУ 7 регистрирует изменение освещенности в данной зоне за счет появления продуктов горения, фиксируя при этом начальный импульс света на цифровом осциллографе 8. Далее при движении ОИ по траектории в момент пролета сечения датчика пролета 6 формируется импульс запуска на ИИС 2, и его короткий световой импульс (рабочий импульс света) фиксируется также ФПУ и регистрируется цифровым осциллографом 8 в виде короткого электрического импульса. По полученной осциллограмме определяется временной интервал от начала изменения фоновой освещенности (начальный импульс света) до начала импульса источника света (рабочий импульс света). По известному расстоянию S и временному интервалу, определенному по осциллограмме, рассчитывается скорость на участке от среза ствола до датчика пролета ОИ.When implementing the second version of the system (Fig. 3), FPU 7 is used as the main source of information, installed in such a way that both the exhaust from the MU 1 trunk and the IIS 2 connected to the launch line from the span sensor fall into its “field of view” OI 6, which is installed at a certain distance S from the cut of the barrel channel and registers the moment of flight OI of the plane of the light flux from the emitter. At the moment of the OI coming out of the trunk channel, FPU 7 registers a change in the illumination in this zone due to the appearance of combustion products, recording the initial light pulse on the digital oscilloscope 8. Then, when the OI moves along the trajectory at the moment of passage of the cross-section of the span sensor 6, a start pulse is generated on the IMS 2, and its short light pulse (working light pulse) is also detected by the FPU and is recorded by the digital oscilloscope 8 in the form of a short electric pulse. The obtained waveform determines the time interval from the beginning of the change in background illumination (the initial pulse of light) to the beginning of the pulse of the light source (working pulse of light). Using the known distance S and the time interval determined by the waveform, the speed is calculated in the area from the trunk cut to the sensor of flight of the OI.

То есть исключено влияние средств регистрации на ОИ и минимизирована погрешность измерения измерительной базы и времени.That is, the influence of registration means on the OI is excluded and the measurement error of the measuring base and time is minimized.

Claims

1. A system for determining the near-ocular speed of the test object (OI) during its high-speed throwing by barrel throwing systems (MU), consisting of means for fixing and recording the initial and at least one of the operating positions of the OI on the trajectory of its movement, set in advance predetermined sections of the trajectory of the OI with their reference to the time scale, characterized in that the means of fixing and recording the initial position of the OI is a photosensor (PD), oriented to the cut of the bore, means fi at least one camera with a pulsed light source installed in the desired section, the PD is connected to a discrete delay unit (BDZ), which provides simultaneous operation of the light source and the camera at the time of the appearance of an OI in a given section, and as a means of recording the working the position of the OI on the motion path used a screen with a reference mark, mounted opposite the corresponding camera.

2. The system according to claim 1, characterized in that a digital camera is used as a camera with the ability to operate in a multi-frame exposure mode using two pulsed light sources synchronized by the BDZ with the movement of the optical path along the path.

3. A system for determining the near-ocular velocity of the test object (OI) during its high-speed throwing by barrel throwing systems (MU), consisting of means for fixing and recording the initial and at least one of the operating positions of the OI on the trajectory of its movement, set in advance predetermined cross-sections of the path of movement of the OI with their reference to the time scale, characterized in that by means of fixing the initial position of the OI, characterized by a light flash at the exit of the OI from the trunk, forming the initial impulse from the light, is a photodetector (FPU), and the means of fixing the working position is a non-contact sensor of span of the OI installed in the required section, which is a photosensor with an emitter, electrically connected to a pulsed light source that generates a working light pulse, while the means of recording fixed positions of OI serves as an oscilloscope associated with a photodetector.