СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОХОДЯЩЕЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к измерительной технике и способам измерения и может быть использовано при измерении скорости проходящей ударной волны.

Известен способ определения скорости ударника, заключающийся в регистрации в нескольких точках, находящихся на одной линии с источником метания ударника на фиксированном расстоянии друг от друга, момента прилета ударника, измерении времени пролета ударника между фиксированными точками и определении скорости ударника по времени и пути его прохождения между этими точками [1].

Известно устройство для измерения скорости ударника, содержащее два датчика, расположенных перпендикулярно направлению движения ударника, и хронометр, причем выходы датчиков соединены с входами пуска и остановки хронометра, выход которого является выходом устройства [1].

Недостатком известных способа и устройства является невозможность измерения скорости проходящей ударной волны.

Наиболее близким к изобретению является способ определения скорости ударной волны, заключающийся в регистрации максимума давления фронта ударной волны в двух фиксированных точках, находящихся на одной линии с источником давления и на известном расстоянии друг от друга, измерении времени прохождения фронта ударной волны между фиксированными точками и вычислении скорости ударной волны как v = l/t, где l - базовое расстояние между фиксированными точками; t - время прохождения фронта ударной волны базового расстояния l [2].

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения скорости ударной волны, содержащее замкнутый объем в виде ударной трубы, внутри которой установлена диафрагма, за которой на фиксированном расстоянии друг от друга последовательно установлены дополнитель- ный, первый и второй запускающие датчики, генератор эталонной частоты, первый, второй и третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй ключи, расширитель импульсов, первый и второй счетчики, триггер, сдвиговый регистр, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом дополнительного датчика, второй вход соединен через расширитель импульсов с устройством пуска трубы, а выход - с вторым входом первого элемента ИЛИ и входом установки "0" первого счетчика, входы первого и второго ключей соединены с выходами соответственно первого и второго запускающих датчиков, их разрешающие входы соединены с выходом первого элемента И, запрещающие входы - с третьим выходом сдвигового регистра, выход первого ключа соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через тиристор - с третьим входом второго элемента И, выход второго ключа соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с входом установки "0" триггера и входом сдвигового регистра, вход установки "0" которого и вход установки "0" второго счетчика соединены с выходом первого элемента И, выход генератора эталонной частоты соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сдвигового регистра, а выходы - с входами соответственно первого и второго счетчиков [2].

Недостатком данных способа и устройства является недостаточная их информативность, так как определяется только скорость фронта ударной волны и не определяется массовая скорость среды за фронтом проходящей ударной волны, что не позволяет точно определить импульс ударной волны.

Новое техническое решение позволяет расширить информативность способа и устройства за счет определения скорости как фронта ударной волны, так и массовой скорости среды за фронтом проходящей ударной волны, что позволяет более точно определить импульс ударной волны.

Это достигается тем, что в способе измерения скорости проходящей ударной волны, заключающемся в регистрации максимума давления фронта ударной волны в двух фиксированных точках, находящихся на одной линии с источником давления и на известном расстоянии друг от друга, измерении времени прохождения фронта ударной волны между фиксированными точками и вычислении скорости ударной волны как v = l/t, где l - базовое расстояние между фиксированными точками; t - время прохождения фронта ударной волны базового расстояния l, дополнительно поочередно измеряют временные интервалы между моментами прихода в фиксированные точки одинаковых дискретных, заранее заданных величин давлений за фронтом ударной волны, при этом длину базового расстояния выбирают не превышающей длины фазы сжатия ударной волны.

Кроме того, это достигается тем, что в устройство для измерения скорости проходящей ударной волны, содержащее первый и второй датчики давления, расположенные на одной линии с источником давления и на фиксированном расстоянии друг от друга, первый и второй ключи, первый триггер, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, генератор импульсов, элемент И, первый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а второй вход - с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый элемент ИЛИ и сдвиговый регистр, дополнительно введены две дифференцирующие цепи, два ограничителя, два инвертора, два пороговых элемента, второй триггер, задатчик постоянных величин, второй элемент ИЛИ, два индикатора, две группы по n ключей, две группы по n пороговых элементов, две группы по n триггеров, группа 2n элементов И, группа 2n счетчиков импульсов, группа 2n+1 блоков элементов И, группа 2n+1 умножителей и n+1 делителей, где n - количество фиксированных величин давлений за фронтом ударной волны, при этом выход первого датчика давления соединен через первую дифференцирующую цепь и первый ограничитель с управляющим входом первого ключа, через первый пороговый элемент - с информационным входом первого ключа, через первый инвертор - с информационными входами ключей первой группы ключей, выход второго датчика давления соединен через вторую дифференцирующую цепь и второй ограничитель с управляющим входом второго ключа, через второй пороговый элемент и второй ключ - с первым входом второго триггера, через второй инвертор - с информационными входами ключей второй группы ключей, выход i-го ключа первой группы ключей через i-й пороговый элемент первой группы пороговых элементов соединен с первым входом i-го триггера первой группы триггеров, выход i-го ключа второй группы ключей через i-й пороговый элемент второй группы пороговых элементов соединен с первым входом i-го триггера второй группы триггеров, где i=1,... , n, управляющий вход первого ключа первой группы ключей соединен с прямым входом первого триггера, а управляющий вход каждого j-го ключа первой группы ключей соединен с прямым выходом j-1 триггера первой группы триггеров, управляющий вход первого ключа второй группы ключей соединен с прямым выходом второго триггера, а управляющий вход каждого j-го ключа второй группы ключей соединен с прямым выходом j-1 триггера второй группы триггеров, где j= 2, . ..,n, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом первого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с первым входом второго элемента И, прямые выходы i-х триггеров первой группы триггеров, кроме последнего триггера, соединены с первыми входами 2j и 2j-1 элементов И, а прямой выход последнего триггера первой группы триггеров соединен с первым входом последнего элемента И группы элементов И, инверсные выходы i-х триггеров первой группы триггеров соединены с вторыми входами 2i-х элементов И, инверсные выходы i-х триггеров второй группы триггеров, кроме последнего триггера, соединены с вторыми входами 2j-1 элементов И, а инверсный выход последнего триггера второй группы триггеров соединен с вторым входом последнего элемента И группы элементов И, третьи входы всех элементов И группы элементов И подключены к выходу генератора импульсов, выходы элементов И подключены к счетным входам соответствующих счетчиков импульсов, выходы которых через блоки элементов И соединены с первыми входами умножителей, вторые входы которых связаны с генератором импульсов, выход каждого умножителя с нечетным порядковым номером соединен с первым входом соответствующего делителя, а выходы умножителей с четным порядковым номером через первый элемент ИЛИ соединены с первым индикатором, вторые входы делителей соединены с выходом задатчика постоянных величин, выходы делителей через второй элемент ИЛИ соединены с вторым индикатором, каждый i-й выход сдвигового регистра соединен с вторыми входами 2i и 2i-1 блоков элементов И, а второй вход последнего блока элементов И группы блоков элементов И соединен с последним выходом сдвигового регистра, вход которого является входом считывания.

На фиг.1 изображена общая схема устройства измерения скорости проходящей ударной волны; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при определении временных интервалов между соседними регистрациями давления; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при определении скорости ударной волны.

Устройство для измерения скорости проходящей ударной волны содержит первый 1 и второй 2 датчики давления, расположенные на одной линии с источником давления и на фиксированном расстоянии друг от друга, первый 3 и второй 4 ключи, первый триггер 5, первый вход которого соединен с выходом первого ключа 3, генератор 6 импульсов, элемент И 7, первый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера 5, а второй вход - с выходом генератора 6 импульсов, счетчик 8 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 7, первый элемент ИЛИ 9, сдвиговый регистр 10, первая 11 и вторая 12 дифференцирующие цепи, первый 13 и второй 14 ограничители, первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 пороговые элементы, второй триггер 19, задатчик 20 постоянных величин, второй элемент ИЛИ 21, первый 22 и второй 23 индикаторы, первая группа из n ключей 24, вторая группа из n ключей 25, первая группа из n пороговых элементов 26, вторая группа из n пороговых элементов 27, первая группа из n триггеров 28, вторая группа из n триггеров 29, группа 2n элементов И 30, группа 2n счетчиков 31 импульсов, группа 2n+1 блоков элементов И 32, группа 2n+1 умножителей 33 и группа n+1 делителей 34, где n - количество фиксированных величин давлений за фронтом ударной волны. При этом выход первого датчика 1 давления соединен через первую дифференцирующую цепь 11 и первый ограничитель 13 с управляющим входом первого ключа 3, через первый пороговый элемент 17 - с информационным входом первого ключа 3, через первый инвертор 15 - с информационными входами ключей 24 первой группы ключей, выход второго датчика 2 давления соединен через вторую дифференцирующую цепь 12 и второй ограничитель 14 - с управляющим входом второго ключа 4, через второй пороговый элемент 18 и второй ключ 4 - с первым входом второго триггера 19, через второй инвертор 16 - с информационными входами ключей 25 второй группы ключей. Выход i-го ключа 24 первой группы ключей через i-й пороговый элемент 26 первой группы пороговых элементов соединен с первым входом i-го триггера 28 первой группы триггеров, выход i-го ключа 25 второй группы ключей через i-й пороговый элемент 27 второй группы пороговых элементов соединен с первым входом i-го триггера 29 второй группы триггеров, где i=1,...,n. Управляющий вход первого ключа 24 первой группы ключей соединен с прямым выходом первого триггера 5, а управляющий вход каждого j-го ключа 24 первой группы ключей соединен с прямым выходом j-1 триггера 28 первой группы триггеров. Управляющий вход первого ключа 25 второй группы ключей соединен с прямым выходом второго триггера 19, а управляющий вход каждого j-го ключа 25 второй группы ключей соединен с прямым выходом j-1 триггера 29 второй группы триггеров, где j=2,..., n. Инверсный выход второго триггера 19 соединен с третьим входом элемента И 7, прямой выход первого триггера 5 соединен с первым входом первого элемента И 30 группы элементов И, прямые выходы i-х триггеров 28 первой группы триггеров, кроме последнего триггера, соединены с первыми входами 2j и 2j-1 элементов И 30, а прямой выход последнего триггера 28 первой группы триггеров соединен с первым входом последнего элемента И 30 группы элементов И, инверсные выходы i-х триггеров 28 первой группы триггеров соединены с вторыми входами 2i-х элементов И 30, инверсные выходы i-х триггеров 29 второй группы триггеров, кроме последнего триггера, соединены с вторыми входами 2j-1 элементов И 30, а инверсный выход последнего триггера 29 второй группы триггеров соединен с вторым входом последнего элемента И 30 группы элементов И.

Третьи входы элементов И 30 группы элементов И подключены к выходу генератора 6 импульсов, а выходы элементов И 30 подключены к счетным входам соответствующих счетчиков 31 импульсов, выходы которых и выход счетчика 8 импульсов через блоки 32 элементов И соединены с первыми входами умножителей 33, вторые входы которых связаны с генератором 6 импульсов. Выход каждого умножителя 33 с нечетным порядковым номером соединен с первым входом соответствующего делителя 34, а выход умножителей 33 с четным порядковым номером через первый элемент ИЛИ 9 соединен с первым индикатором 22. Вторые входы делителей 34 соединены с выходом задатчика 20 постоянных величин, выходы делителей 34 через второй элемент ИЛИ 21 соединены с вторым индикатором 23. Каждый i-й выход сдвигового регистра 10 соединен с вторыми входами 2i и 2i-1 блоков 32 элементов И, а второй вход последнего блока 32 элементов И группы блоков элементов И соединен с последним выходом сдвигового регистра 10, вход которого является входом считывания.

Способ определения скорости проходящей ударной волны осуществляется следующим образом.

Перед опытом датчики 1 и 2 давления устанавливают на одной линии с центром взрыва на фиксированном расстоянии друг от друга, при этом расстояние между датчиками не должно превышать длину фазы сжатия исследуемой ударной волны.

После взрыва заряда взрывчатого вещества в исследуемой среде в направлении датчиков 1 и 2 начинает распространяться ударная волна. Суть измерения скорости среды на фронте и за фронтом ударной волны сводится к измерению последовательности временных интервалов: интервалов между регистрациями моментов прихода как максимума давления фронта проходящей ударной волны, так и дискретных величин давлений за фронтом ударной волны первым датчиком 1 давления и интервалов перемещения максимума давления фронта проходящей ударной волны и дискретных величин давлений за фронтом ударной волны от первого датчика 1 давления до второго датчика 2 давления. При этом первым считается датчик, ближе расположенный к центру взрыва.

Рассмотрим с помощью временных диаграмм, приведенных на фиг.2, работу устройства при измерении временных интервалов между регистрациями моментов прихода как максимума давления фронта проходящей ударной волны, так и дискретных величин давлений за фронтом ударной волны.

При приходе ударной волны на первый датчик 1 давления он формирует импульс напряжения (фиг.2а). Этот импульс поступает на вход первой дифференцирующей цепи 11, где дифференцируется фиг.2б. Импульсы с выхода первой дифференцирующей цепи 11 поступают на вход первого ограничителя 13, который выделяет импульс, соответствующий максимуму давления фронта проходящей ударной волны (фиг. 2в). Этот импульс поступает на управляющий вход первого ключа 3 и вызывает его срабатывание (фиг.2г). Срабатывание первого ключа 3 приводит и к срабатыванию первого триггера 5 (фиг.2д).

Срабатывание первого триггера 5 вызывает срабатывание первого элемента И 30 из группы 2n элементов И. После этого импульсы генератора 6 импульсов через первый элемент И 30 из гpуппы 2n элементов И поступают на вход первого счетчика 31 импульсов из группы 2n счетчиков импульсов. Первый из группы 2n счетчиков 31 импульсов начинает подсчитывать импульсы.

Импульс напряжения с выхода первого датчика 1 давления поступает на вход первого инвертора 15, где инвертируется (фиг.2е).

Далее этот импульс через информационный вход первого из первой группы n ключей 24 поступает на вход первого из первой группы n пороговых элементов 26. Срабатывание первого из первой группы n пороговых элементов 26 (фиг.2ж) приводит к срабатыванию первого из первой группы n триггеров 28 (фиг.2з), что в свою очередь вызывает исчезновение сигнала на его инверсном выходе, а следовательно, и на втором входе первого из группы 2n элементов И 30, что приводит к остановке первого из групп 2n счетчиков 31 импульсов.

Количество импульсов, подсчитанных первым из групп 2n счетчиков 31 импульсов, пропорционально временному интервалу между моментами прихода на первый датчик 1 максимума давления проходящей ударной волны и первого из дискретных величин давлений за фронтом ударной волны (фиг.2и).

Аналогично определяются временные интервалы между приходами остальных дискретных величин давлений на первый датчик 1.

Далее с помощью фиг.3 рассмотрим, как определяются временные интервалы перемещения максимума давления фронта проходящей ударной волны и дискретных величин давлений от первого датчика 1 давления до второго датчика 2 давления.

При приходе ударной волны на первый датчик 1 давления устройство выделяет максимум давления фронта ударной волны аналогично случаю, рассмотренному выше, и запускает счетчик 8 импульсов (фиг.3 а-б, и).

При приходе ударной волны на второй датчик 2 он формирует импульс напряжения (фиг.3е). Этот импульс второй дифференцирующей цепью 12 дифференцируется (фиг. 3ж). Импульсы с выхода второй дифференцирующей цепи 12 поступают на вход второго ограничителя 14, который выделяет импульс, соответствующий максимуму давления фронта проходящей ударной волны (фиг.3з). Далее этот импульс поступает на управляющий вход второго ключа 4, срабатывание которого приводит к срабатыванию второго триггера 19, в результате чего сигнал с прямого выхода второго триггера 19 поступает на управляющий вход первого ключа 25 из второй группы n ключей, а сигнал на инверсном выходе второго триггера 19 исчезает (фиг.3к). Исчезновение сигнала на инверсном выходе второго триггера 19 приводит к исчезновению сигнала на втором входе элемента И 7, а следовательно, к остановке счетчика 8 импульсов.

В счетчике будет записано число импульсов, пропорциональное временному интервалу перемещения максимума давления фронта проходящей ударной волны от первого датчика 1 давления до второго датчика 2 давления (фиг.3и).

После срабатывания первого 25 из второй группы n ключей сигнал с выхода второго инвертора 16 (фиг.3к) через первый пороговый элемент 27 из второй группы n пороговых элементов (фиг. 3л) поступает на информационный вход первого триггера 29 из второй группы n триггеров. Срабатывание первого триггера 29 из второй группы n триггеров приводит к появлению сигнала на его прямом выходе (фиг.3м) и исчезновению сигнала на инверсном.

Сигнал с прямого выхода первого триггера 29 из второй группы n триггеров поступает на управляющий вход второго ключа 25 из второй группы n ключей. Исчезновение сигнала на инверсном выходе первого триггера 29 из второй группы n триггеров приводит к исчезновению сигнала на втором входе второго элемента И 30 из группы 2n элементов И (фиг.3к), а следовательно, к остановке второго счетчика 31 импульсов из группы 2n счетчиков импульсов (фиг.3л).

Количество импульсов, подсчитанных вторым счетчиком 31 импульсов из группы 2n счетчиков импульсов, пропорционально временному интервалу прохождения между первым датчиком 1 давления и вторым датчиком 2 давления первого из дискретных величин давления за фронтом проходящей ударной волны.

Временные интервалы, пропорциональные прохождению между датчиками последующих дискретных величин давления, определяются аналогично.

Далее по командам считывания, поступающим со сдвигового регистра 10, информация с выходов счетчика 8 импульсов, а также группы 2n счетчиков 31 импульсов через группу 2n+1 блоков элементов И 32 поступает на входы группы 2n+1 умножителей 33. Умножители производят умножение количества импульсов, записанных счетчиком на период их следования, задаваемых генератором 6 импульсов.

Затем сигналы с выходов умножителей 33, имеющих нечетные порядковые номера, поступают на первые входы соответствующих делителей 34 группы n+1 делителей.

На вторые входы делителей 34 поступает сигнал, пропорциональный расстоянию между первым датчиком 1 давления и вторым датчиком 2 давления с задатчика 20 постоянных величин. На выходе делителей 34 появляется сигнал, соответствующий скорости максимума давления фронта проходящей ударной волны и дискретных величин давления за фронтом ударной волны. С выходов делителей 34 через второй элемент ИЛИ 21 этот сигнал появится на входе второго индикатора 23.

Сигнал, соответствующий временным интервалам между максимумом давления фронта проходящей ударной волны и дискретными величинами давлений, с выхода четных умножителей 34 через первый элемент ИЛИ 9 поступает на вход первого индикатора 22.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении скорости проходящей ударной волны. Сущность изобретения: способ, заключающийся в поочередном измерении временных интервалов между моментами прихода в фиксированные точки как фронта ударной волны, так и одинаковых дискретных заранее заданных величин давлений за фронтом ударной волны, и определении скорости различных точек ударной волны по времени и базовому расстоянию между фиксированными точками. Устройство содержит два датчика давления, два пороговых элемента, два триггера, генератор импульсов, счетчик импульсов, два индикатора, два ключа, две дифференцирующие цепи, два инвертора, два ограничителя, элемент, задатчик постоянных величин, два элемента ИЛИ, сдвиговый регистр, две группы по n ключей, две группы по n пороговых устройств, две группы по n триггеров, группу 2n элементов И, группу 2n счетчиков импульсов, группу 2n + 1 блоков элементов И, группу 2 n + 1 умножителей, группу n + 1 делителей. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОХОДЯЩЕЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.