УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ СТРЕЛЬБЫ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КООРДИНАТ ПРОЛЕТА ПУЛИ Российский патент 1996 года по МПК F41J5/02 

Изобретение относится к фотоэлектрической технике индикации, результатов стрельбы при соревнованиях на меткость стрельбы, в процессе приемо-сдаточных испытаний спортивного и охотничьего оружия, а также отработке конструкции новых образцов оружия перед постановкой их на производство.

Известна [1 и 2] мишень многократного использования с оптико-электронным устройством для определения координат точек попадания артиллерийских снарядов. Мишень представляет собой квадратную раму из четырех брусьев. На двух смежных брусьях с интервалами в 1 см устанавливаются узконаправленные источники света, а на противоположно расположенных брусьях соответственно располагаются светоприемники. Таким образом образуется прямоугольная матрица в координатах Х Y, с размером элемента 1 х 1 см. При пересечении раскрыва снарядом, имеющих калибр не менее 2 см, кратковременно прерываются световые пучки, что позволяет зафиксировать координаты попадания. Предусмотрена броневая защита рамы мишени и электронного оборудования. Источник света состоит из лампочки накаливания и линзы; светоприемник содержит линзу, фототранзистор с диафрагмой и триггерную схему. Образующиеся при разрыве световых лучей нормированные прямоугольные импульсы с выходов светоприемников поступают на пусковые запоминающиеся схемы с двумя устойчивыми положениями. Детектор через блок запускает генератор тактовой частоты. Счет импульсов тактового генератор тактовой частоты. Счет импульсов тактового генератора производится счетчиками для координат Х и Y соответственно. С помощью компараторов производится опрос всех запоминающих схем. Компаратор, первым обнаруживший сработавшую схему, вырабатывает сигнал для прекращения работы тактового генератора. Затем генератор вновь запускается командным блоком и процесс повторяется применительно ко второму компаратору. Импульсы тактового генератора поступают также через преобразователь импеданса на широкополосный коаксиальный кабель и далее на выносное цифровое индикаторное устройство с непосредственным отсчетом координат. При размерах мишени 2 х 2 м, тактовой частоте 20 кГц и длительности импульсов не более 50 мкс обеспечивается фиксация попаданий при скоростельности 3000 выстрелов в минуту.

Недостатком мишени является низкая достоверность регистрации координат, вызванная изменением позиции стрельбы и высокая стоимость ее изготовления. Действительно, реальный источник света далек от "точечного", поэтому каждый луч является в значительной мере расходящимся и для получения заданной дискретности отсчета координат, как правило равной или меньшей калибра пули, источники света и фотоприемники должны быть расположены в "шахматном" порядке, что неизбежно ведет к увеличению глубины мишени (размер в направлении стрельбы). Так при калибре 4,5 5,6 мм, с применением известных элементов формирования лучей (конденсорные линзы, оптические лампы), глубина мишени, как показала конструкторская проработка, не может быть выполнена менее 0,5 м, что и ведет к снижению достоверности регистрации координат при изменении позиции стрельбы за счет явления параллакса. Стоимость изготовления такой мишени достаточно высока вследствие применения "точечных" источников света, высококачественных конденсорных линз, увеличения материалоемкости за счет глубины мишени.

Наиболее близкой к изобретению является неразрушимая лучевая мишень [3] содержащая раму, светодиоды, фотодиоды, усилители и формирователи импульсов по числу фотодиодов, регистрирующий блок, индикаторное устройство, источник питания, причем на двух смежных сторонах рамы расположены светодиоды, а на двух других смежных сторонах фотодиоды, выходы которых через усилители соединены с входами формирователей импульсов, при этом выход регистрирующего блока соединен со входом индикаторного устройства. Мишень содержит также ключи светодиодов, ключи фотодиодов, m-фазный генератор импульсов, где m целое число, большее половины числа фотодиодов, освещаемых одним светодиодом вследствие конечной расходимости его луча, при этом светодиоды и противолежащие им фотодиоды разделены на функциональные группы по m - оптоэлектронных пар в каждой, причем одноименные светодиоды функциональных групп соединены последовательно, аноды светодиодов первой функциональной группы соединены с "плюсовой" клеммой источника питания, "минусовая" клемма которого через ключи светодиодов соединена с катодами светодиодов последней функциональной группы, выходы формирователей импульсов через соответствующие ключи фотодиодов соединены с соответствующими входами регистрирующего блока, дополнительный выход которого соединен с входом m-фазного генератора импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами ключей фотодиодов и управляющими входами ключей светодиодов.

Недостатком мишени является то, что полностью не исключается необходимость формирования лучей, (необходимы линзы или диафрагмы), поскольку каждый фотодиод, по условиям нормального функционирования, должен освещать не более 2m-фотодиодов. Ввиду низкой мощности излучения светодиодов и высокой частоты их переключения (несколько сотен килогерц) резко возрастают требования к фотоусилителям, что при их количестве, соответствующем количеству фотодиодов, также усложняет мишень.

Цель изобретения существенное упрощение технической реализации за счет обеспечения статического (без сканирования) режима работы фотоприемников и осветителей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации результатов стрельбы при определении координат пролета пули, содержащее раму, первую и вторую группу фотоприемников, установленных по двум смежным сторонам рамы, причем каждый из фотоприемников включает фотодиод, усилитель и формирователь импульса, а также содержащее устройство обработки и индикации первая группа входов которого соединена с выходами первой и второй групп фотоприемников соответственно, согласно изобретению дополнительно введены третья и четвертая группы фотоприемников, установленные на двух других смежных сторонах рамы напротив первой и второй группы фотоприемников, причем выходы фотоприемников третьей и четвертой группы соединены соответственно со второй группой входов устройства обработки и индикации, два ненаправленных источника света, первый из которых расположен на углу смежности первой и второй групп фотоприемников, при этом фотодиоды первой и второй групп фотоприемников направлены на первый источник света, а фотодиоды третьей и четвертой групп фотоприемников направлены на второй источник света.

Введение третьего и четвертого фотоприемников, двух ненаправленных источников света (оптических ламп накаливания) и ориентация соответствующих фотодиодов фотоприемников на эти источники света впервые позволило создать "беспараллаксное", устройство для регистрации результатов стрельбы при определении координат пролета пули в условиях бесконечной расходимости лучей, не прибегая к каким либо переключениям источников света и фотоприемников, тем самым существенно упростить ее техническую реализации.

Информационный поиск в смежных рубриках не выявил аналогов предлагаемого, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия". Учитывая, что предлагаемое устройство является дальнейшим совершенствованием мишени [3] а также отсутствие каких-либо сведений, общедоступных в нашей стране и за рубежом и явным образом показывающих специалистам в данной области техники направления для решения поставленной задачи, можно сделать вывод и о полном соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показана укрупненная схема устройства для регистрации результатов стрельбы при определении координат пролета пули; на фиг. 2 - пример технической реализации устройства обработки и индикации, входящего в его состав.

Устройство (фиг. 1) содержит раму 1, первую 2 и вторую 3 группы фотоприемников, установленных по двум смежным сторонам рамы, причем каждый из фотоприемников включает фотодиод 4, усилитель и формирователь импульса (на чертеже не показаны), а также устройство 5 обработки сигналов фотоприемников и индикации результатов стрельбы, первая 6 группа входов которого соединена с выходами первой 2 и второй 3 групп фотоприемников соответственно. В устройство (фиг. 1) согласно изобретению дополнительно введены третья 7 и четвертая 8 группы фотоприемников, установленные на двух других смежных сторонах рамы 1, напротив первой 2 и второй 3 группы фотоприемников, причем выходы фотоприемников третьей и четвертой группы соединены соответственно со второй 9 группой входов устройства 5 обработки и индикации, два ненаправленных источника света, первый 10 из которых расположен на углу смежности третьей 7 и четвертой 8 групп фотоприемников, второй 11 источник света на углу смежности первой 2 и второй 3 групп фотоприемников, при этом фотодиоды 4 первой и второй групп фотоприемников направлены на первый 10 источник света, а фотодиоды 4 третьей 7 и четвертой 8 группы фотоприемников направлены на второй 11 источник света.

Наиболее целесообразно расположение фотодиодов 4 с шагом, соответствующим одинаковому углу между оптическими осями соседних фотодиодов (с постоянным угловым шагом).

Устройство 5 обработки и индикации может быть выполнено по схеме (фиг. 2) близкой к схеме аналога 1 на основе пусковых запоминающих схем 12 и 13, детектора 14, командного блока 15, генераторов тактовой частоты 16 и 17, счетчиков 18 и 19, компараторов 20 и 21, подключенных своими входами к выходам запоминающих схем 12 и 13, а выходами ко входам командного блока 15, своими входами подключенного ко входам управления запоминающих схем 12 и 13, генераторов 16 и 17, счетчиков 18 и 19. Счетчики 18 и 19 своими выходами подключены ко входам управления компараторов 20 и 21, а счетными входами к выходам соответствующих генераторов 16 и 17. Входы детектора 14 объединены соответственно со входами запоминающих схем 12 и 13 и подключены к выходам соответствующих групп 2 и 3, а также 7 и 8 фотоприемников.

Вход командного блока подключен ко входу устройства индикации 22, в состав которого целесообразно ввести вычислительное устройство (на чертеже не показано). Входы 6 и 9 пусковых запоминающих схем 12 и 13 подключены к соответствующим фотодиодам 4 через формирователи импульсов и усилители (на чертеже не показаны), входящие в состав групп 2 и 3, а также 7 и 8 фотоприемников.

Мишень работает следующим образом.

После включения электропитания источник света 10 освещает все фотодиоды групп 2 и 3 фотоприемников, а источник света 11 все фотодиоды групп 7 и 8 фотоприемников. В результате пролета пути П, кратковременно заменяется второй фотодиод (фиг. 1) первой 2 группы фотоприемников и последний фотодиод третьей группы фотоприемников, импульсы с которых фактически и несут информацию об координатах пролета пули в угловом представлении. Далее, импульсы фотодиодов через усилители и формирователи поступают на входы 6 и 9 пусковых запоминающих схем 12 и 13 (фиг. 2) с двумя устойчивыми положениями.

Детектор 14 по импульсу любого из фотодиодов на входах пусковых запоминающих схем 12 и 13 вырабатывает импульс начального пуска, поступающий на вход командного блока 14. По переднему фронту этого импульса блок 15 устанавливает в исходное положение запоминающие схемы 12 и 13, счетчики 18 и 19, приостанавливает работу генераторов 16 и 17. За время действия импульсов фотодиодов, срабатывают вновь, после установки в исходное положение, соответствующие фотодиодам пусковые запоминающие схемы 12 и 13, затем по заднему фронту импульса детектора 14, командный блок 15 включает генератор 16, импульсы которого обеспечивают работу счетчика 18. Счетчик 18 сигналами со своего выхода управляет работой компаратора 20, обеспечивающего опрос всех запоминающих схем 12. Результат опроса указанных запоминающих схем через командный блок 15 в виде последовательности импульсов передается на индикаторное устройство 22, вычислительное устройство которого запоминает этот код для дальнейшей обработки и индикации в удобном для оператора виде. После окончания опроса запоминающих схем 12, по сигналу компаратора 20, командный блок 15 выключает генератор 16 и включает генератор 17, импульсы которого поступают на счетчик 19, сигналы с выхода которого управляют работой компаратора 21, обеспечивающего опрос всех запоминающих схем 13. Результат опроса указанных запоминающих схем через командный блок 15 в виде последовательного импульсного кода передается на индикаторное устройство 22, как и в первом случае. Коды принятые индикаторным устройством с первого и второго фотоприемников, а также с третьего и четвертого фотоприемников обрабатываются его вычислительным устройством в следующей последовательности. Определяется номер перекрытого пулей луча (фотодиода) как среднее номеров всех перекрытых лучей для первой и второй групп фотоприемников. Затем также определяется номер перекрытого пулей луча для третьей и четвертой групп фотоприемников. В первом случае номер луча отождествляется с углом относительно первого 10 источника света, во втором с углом относительно второго 11 источника света. Указанные лучи пересекаются под углом γ относительно друг друга в месте пролета пули П. Таким образом координаты пули точно определены углами относительно источников света, через которые определяются в дальнейшем координаты Х и Y пролета пули по математически выражениям, полученным при решении треугольника с двумя вершинами на источниках света 10, 11 и третьей вершиной в месте пролета пули П, стороной "а" лежащей против угла a, стороной "в", лежащей против угла b, и стороной "с", являющейся диагональю мишени, и лежащей против угла g.. Для получения математических выражений вводим промежуточную систему координат Х'OY', одна ось которой совпадает со стороной "с" треугольника и проходит через источники света 10 и 11. Из теоремы синусов известно

Из выражения (1) можно определить "а" через "с":
(2)
Через "а" в свою очередь можно определить координаты в промежуточной системе Х'OY'
X′ = a cosβ, Y′ = a sinβ (3)
Таким образом, для определения промежуточных координат пролета пули, достаточно знать длину диагонали "с" мишени и угловые координаты α,β,, для определения которых служат фотоприемники и источники света. Для получения окончательных координат пролета пули необходимо "повернуть" промежуточную систему координат на угол Φ (фиг. 1) вокруг начала координат "с"
x = X′cosΦ-Y′sinΦ, Y = X′sinΦ+Y′cosΦ (4)
Для квадратной мишени координаты определяются через угол, равный 45^o
X 0,7071(X' Y'), Y 0,7071(X' + Y') (5)
Не исключена также возможность индикации координат и без применения вычислительного устройства, непосредственно в угловых координатах α,β,, относительно мест расположения источников света 10 и 11, если не требуется высокого удобства считывания координат с индикаторного устройства.

Изобретение является промышленно применимым: на него подготовлена эскизная документация и проведены испытаний экспериментального образца. Испытания подтвердили работоспособность мишени.

1. Патент Франции N 2082131, кл. F 41 J 5/00, 1972. "Мишень многократного использования с оптико-электронным устройством."
2. Патент Швейцарии N 524128, кл. F 41 J 5/02, 1970. "Мишень многократного использования с оптико-электронным устройством."
3. Патент СССР N 1838749, кл. F 41 J 5/02, 1990. "Неразрушаемая лучевая мишень".

Использование: при испытаниях стрелкового оружия. Сущность изобретения: устройство для регистрации результатов стрельбы при определении координат пролета пули содержит раму с установленными на ее сторонах четырьмя группами фотоприемников, два ненаправленных источника света, первый из которых расположен на углу смежности третьей и четвертой групп фотоприемников, а второй расположен на углу смежности первой и второй групп фотоприемников. При этом фотоприемник включает фотодиод, усилитель и формирователь импульса. Кроме того содержит устройство обработки и индикации. Фотодиоды первой и второй групп фотоприемников направлены на первый источник света, а фотодиоды третьей и четвертой групп фотоприемников направлены на второй источник света. 2 ил.

Устройство для регистрации результатов стрельбы при определении координат пролета пули, содержащее раму, первую и вторую группу фотоприемников, установленных по двум смежным сторонам рамы, причем каждый из фотоприемников включает фотодиод, усилитель и формирователь импульса, а также устройство обработки и индикации, первая группа входов которого соединена с выходами первой и второй групп фотоприемников соответственно, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третья и четвертая группы фотоприемников, установленные на двух других смежных сторонах рамы, напротив первой и второй группы фотоприемников, причем выходы фотоприемников третьей и четвертой группы соединены соответственно со второй группой входов устройства обработки индикации, два ненаправленных источника света, первый из которых расположен на углу смежности третьей и четвертой групп фотоприемников, второй на углу смежности первой и второй групп фотоприемников, при этом фотодиоды первой и второй групп фотоприемников направлены на первый источник света, а фотодиоды третьей и четвертой групп фотоприемников направлены на второй источник света.