УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 1997 года по МПК G01P3/50 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для обнаружения и определения скорости низколетящих подвижных объектов (ПО) (самолетов при взлете и посадке, планеров, вертолетов, экранопланов, пуль, снарядов и др.).

Из известных средств обнаружения пролетающих ПО и определения их скорости наиболее близким является устройство, которое содержит датчик, выполненный в виде листа изоляционного материала с нанесенными на него с одной стороны двумя печатными узорами из металла, при этом каждый узор состоит из системы прямоугольных полос металла, причем от одной, вертикальной полосы отходит ряд горизонтальных, равномерно расположенных полос (1). Два узора располагаются на листе так, что горизонтальные полосы одного узора входят без касания в промежуток между горизонтальными полосами другого узора, а вертикальные полосы оказываются параллельными друг другу и располагаются на противоположных краях листа. При установке большого количества таких датчиков на пути движения ПО и подключении их выводов к измерительной схеме появляется возможность регистрации факта пролета и определения скорости ПО.

Недостатком известного устройства является то, что измерение скорости производится только контактным путем.

Технический результат изобретения неконтактное обнаружение ПО и определение его скорости.

Указанный результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее диэлектрическую подложку с электропроводящим слоем и измерительный блок, введены дифференциальная цепь и конденсатор, закреплнный на электропроводящем слое, выполненном сплошным, и электрически соединенный с ним одним из выводов, контактная поверхность подложки превышает контактную поверхность электропроводящего слоя, причем вход измерительного блока, дифференцирующая цепь и конденсатор соединены параллельно, а постоянная времени дифференцирующей цепи выбрана из условия
T R•C<T_пр
где R и C величины сопротивления резистора и емкости конденсатора,
T_пр время пролета ПО в зоне действия диаграммы направленности датчика.

При этом наибольший эффект от использования предлагаемого устройства обеспечивается при превышении контактной поверхностью диэлектрической подложки S_ДП контактной поверхности электропроводящего слоя S_ЭС, т. е. при S_ДП>S_ЭС.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для обнаружения и измерения скорости ПО, на фиг. 2 диаграмма направленности датчика, на фиг. 3 - конструктивная схема датчика, а на фиг. 4 графики зависимости величины заряда датчика от времени Q f(t) и f(t).

Диэлектрическая положка (ДП) 1, служащая в качестве антикоррозийного покрытия, выполнена, например, из покрывной эмали на основе эпоксидной смолы, обладающей радиопрозрачными свойствами, нанесена на электропроводящий слой 2, выполненный из хорошо проводящего материала: меди, латуни.

Контактная поверхность ДП 1 должна превышать контактную поверхность слоя 2 с целью уменьшения краевого эффекта.

Вывод 3 конденсатора 4 припаян к слою 2, что повышает чувствительность датчика 5 вследствие увеличения площади одной из обкладок (см. фиг. 3, где 4' и 4'' основные обкладки конденсатора 4), и через дифференцирующую цепь (ДЦ) 6 соединены с первым входом измерительного блока 7, а второй вывод 8 конденсатора 4 подключен ко второму входу измерительного блока 7 непосредственно.

Конденсатор 4 прикреплен к слою 2, например, с помощью клея. Слой 2 жестко закреплен в корпусе датчика 5 с помощью эпоксидного материала по внешнему контуру слоя 2. Величина емкости конденсатора 4 выбирается на основе экспериментальных данных, исходя из возможных пределов скорости ПО и параметров ДЦ 6, для которой должно быть выполнено соотношение:
C•R<T_пр,
т.е. постоянная времени ДЦ 6 должна быть много меньше длительности дифференцируемого сигнала.

Дифференцирующая цепь 6 служит для определения момента перехода сигнала датчика 5 через нулевое значение (см. фиг. 4), что соответствует минимальному расстоянию до ПО, при этом разрешается неопределенность от наличия помех, имеющих место в сигнале непосредственно от датчика 5 (т.е. введение ДЦ 6 обеспечивает повышение точности определения скорости ПО). Форма сигнала, показанная на фиг. 4, получена при многократных испытаниях электростатических датчиков. Для усиления сигнала с датчика 5 между дифференцирующей цепью 6 и измерительным блоком 7 может быть включен измерительный усилитель (на фиг. 1 не показан) с заданным коэффициентом усиления и полосой пропускания.

Устройство работает следующим образом. При пролете ПО над предлагаемым устройством, как и на других участках движения, вокруг ПО образуется электростатическое поле, обусловленное собственными электрическими зарядами, а также связанное с искажением однородного электрического поля атмосферы корпусом. По наличию этого поля с помощью датчика 5 обнаруживается ПО, при этом на датчике 5 наводится электрический заряд. Максимум сигнала, снимаемого с датчика 5 в виде напряжения, пропорционального величине заряда, соответствует минимальному удалению h от датчика, а минимум сигнала - максимальному удалению ПО при данной чувствительности устройства.

Исходя из теории электростатики, величина сигнала, регистрируемого датчиком 5, создаваемого зарядом Q, равна

где K коэффициент пропорциональности,
r расстояние между датчиком и зарядом.

При движении заряда с относительной скоростью V получаем
r² h² + (Vt)²,
где
t время, отсчитываемое от момента, когда
r r_min=h,
т.е. h минимальное удаление ПО относительно места установки датчика.

Максимальное же значение сигнала при t 0 будет

Обозначая через τ время, по истечении которого величина A уменьшатся от своего максимального значения A_max до значения находим

Из сравнения (1) и (2) получаем

откуда
При (см. фиг. 4) имеем

Из выражения (3) следует, что, измерив t и зная величину h (например, определенную по радиовысотомеру или полученную по данным телеметрической или другого вида информации), определяют скорость ПО даже без знания величины заряда, причем при помощи только одного электростатического датчика 5 в схеме устройства. В процессе движения ПО форма кривой записывается с помощью входящего в измерительный блок 7 осциллографа, по кривой определяется значение t либо это время t определяется посредством включения в блок 7 специального таймера или реле времени, рассчитанных на малые промежутки времени и срабатывающих по сигналу от датчика 5.

Предлагаемое устройство обеспечивает неконтактное обнаружение подвижного объекта и определение его скорости в широком диапазоне расстояний от места установки датчика; кроме того, оно позволяет уменьшить габариты устройства при одновременном значительном снижении стоимости испытательных средств.

Предлагаемое устройство дает возможность обнаружения подвижного объекта на низких высотах полета в тех случаях, когда их обнаружение с помощью радиолокационных станций или других технических средств затруднено или невозможно.

Использование: в области приборостроения для обнаружения и определения скорости низколетящих подвижных объектов (самолетов при взлете и посадке, планеров, вертолетов, экранопланов, пуль, снарядов и др.). Сущность изобретения: устройство содержит диэлектрическую подложку с электропроводящим слоем, конденсатор, дифференцирующую цепь и измерительный блок, при этом конденсатор закреплен на электропроводящем слое, выполненном сплошным, и электрически соединен с ним одним из выводов, причем вход измерительного блока, дифференцирующая цепь и конденсатор соединены параллельно, постоянная времени дифференцирующей цепи выбрана исходя из обеспечения соотношения: T = RC<T_пр, где R и C - величины сопротивления резистора и емкости конденсатора дифференцирующей цепи, T_пр - время пролета объекта в зоне действия диаграммы направленности устройства. 4 ил.

Устройство для обнаружения и определения скорости подвижного объекта, содержащее диэлектрическую подложку с электропроводящих слоем и измерительный блок, отличающееся тем, что в него введены конденсатор и дифференидрующая цепь, при этом конденсатор закреплен на электропроводящем слое, выполненном сплошным, и электрически соединен с ним одним из выводов, причем вход измерительного блока, дифференцирующая цепь и конденсатор соединены параллельно, а постоянная времени дифференцирующей цепи выбрана из соотношения
Т RС< T_пр,
где R и С величины сопротивления резистора и емкости конденсатора дифференцирующей цепи;
Т_пр время пролета объекта в зоне действия диаграммы направленности устройства.