ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК F41A31/00 G01P3/68 

Фотоэлектронная система предназначена для регистрации сопровождающих артиллерийский выстрел процессов, в частности определения начальной скорости или скорости снаряда в любом месте траектории его полета над системой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении начальной скорости вылета снаряда при проведении испытаний стрельбой, а также измерении скорости снаряда в месте пролета снаряда над системой.

В качестве прототипа взято устройство для определения дульной скорости снаряда [1].

Недостатками прототипа являются большая погрешность определения скорости снаряда (более 4%) из-за некалиброванной измерительной базы (длина снаряда), невозможность измерения скорости в любой точке траектории полета снаряда над фотоэлектронной системой, так как устройство [1] определяет только дульную скорость (т.е. скорость снаряда в стволе), имеет большой разброс повторяемости результатов измерений начальной скорости снаряда из-за вибрации ствола и выброса газов и пламени при выстреле. Крепление устройства [1] на стволе нарушает динамику поведения составных частей орудия из-за изменения массы ствола и делает невозможным пристрелку орудия.

Заявляемое изобретение позволяет решить следующие задачи: определять скорость снаряда с погрешностью измерения не более 0,15 %, обеспечить измерение скорости снаряда в любой точке полета снаряда над фотоэлектронной системой, обеспечить повышение точности, надежности и повторяемости результатов измерений начальной скорости полета снаряда, делать пристрелку орудия.

Это достигается тем, что фотоэлектронная система, содержащая фотоэлектронный блок с фотоприемником, заключенным в корпус; вычислитель; блок питания; причем фотоприемник соединен с вычислителем, снабжена вторым фотоприемником, заключенным в корпус; причем оба фотоприемника соединены через аналого-цифровой преобразователь с вычислителем, датчиком вспышки, контроллером и коленом, снабженным конусообразной опорой; причем датчик вспышки соединен с вычислителем через контроллер; оба фотоприемника расположены в верхней части корпуса на одной осевой линии на заданном расстоянии друг от друга; корпус выполнен в виде сварного параллелепипеда с откидным коленом, снабженного конусообразными опорами на торцах; конусообразные опоры выполнены с возможностью регулирования по высоте; содержит на торцах корпуса на одной осевой линии две штанги для выставления системы по линии оси ствола; колено снабжено цилиндрическим шарниром, позволяющим поворачивать колено перпендикулярно корпусу и фиксировать его в этом положении; один из фотоприемников закреплен на подвижной рамке, выполненной с возможностью поворота этого фотоприемника относительно другого на угол, определяемый уровнем; каждая рамка снабжена прямоугольной площадкой для установки уровня, используемого для юстировки диаграммы направленности обоих фотоприемников; каждый из фотоприемников выполнен в герметичном корпусе с входным окном; входное окно фотоприемника выполнено под углом 45° к горизонту и закрыто стеклом, просветленным с двух сторон в широком диапазоне; каждый из фотоприемников состоит из фотодиода с высокой чувствительностью, накрытого диафрагмой с прямоугольной щелью, над которой расположен ослабитель со шторкой для перекрытия щели диафрагмы, выпуклая линза и защитное стекло.

На фиг.1 показано расположение системы на исходной позиции при определении начальной скорости вылета снаряда, где обозначено:

1 - фотоэлектронный блок (ФЭБ) с фотоприемниками Ф₁ и Ф₂, расположенный в корпусе;

2 - штанги;

3 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ) с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП);

4 - блок питания и управления (БПУ) с контроллером;

5 - монитор;

6 - датчик вспышки (ДВ).

На фиг.2, 3 - показана конструкция фотоэлектронного блока, где обозначено:

1 - фотоэлектронный блок (ФЭБ) с фотоприемниками Ф₁ и Ф₂, расположенный в корпусе;

7, 8 - фотоэлектронные приемники Ф₁ и Ф₂ соответственно;

9 - опоры конусные;

10 - колено откидное;

11, 12, 13 - ручки регулировочные;

14 - площадки для установки уровня.

На Фиг.4 показана схематично конструкция фотоэлектронного приемника Ф₁ (Ф₂), где обозначено:

15 - основание фотоэлектронного приемника Ф₁ (Ф₂);

16 - фотодиод;

17 - диафрагма с узкой щелью;

18 - шторка подвижная;

19 - линза выпуклая;

20 - Стекло защитное.

На Фиг.5 показаны диаграммы направленности фотоприемников Ф₁, Ф₂, где обозначено:

21 - N1 - главный вектор диаграммы направленности (A₁B₁C₁) фотоприемника Ф₁;

22 - N2 - главный вектор диаграммы направленности (А₂В₂С₂) фотоприемника Ф₂.

На фиг.6 показана структурная схема фотоэлектронной системы, где обозначено:

1 - ФЭБ с фотоприемниками Ф₁, Ф₂;

3 - ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем (АЦП);

4 - блок питания и управления (БПУ) с контроллером;

5 - монитор;

6 - датчик вспышки.

На фиг.7 показаны временные характеристики работы фотоэлектронной системы, где обозначено:

23 - кривая импульса запуска от датчика вспышки (ДВ);

24 - кривая “Время задержки”;

25 - кривая “Запись”;

26 - кривая “Сигналы от ФЭБ”.

Фотоэлектронная система содержит фотоэлектронный блок (ФЭБ), расположенный в сварном алюминиевом корпусе в виде параллелепипеда 1. В передней части корпуса расположено откидное колено 10 для придания ему большей устойчивости. Корпус и колено снабжены конусными опорами 9, имеющими регулировку по высоте, с помощью их выставляется горизонтальное положение ФЭБ 1 системы. На верхней панели корпуса расположены два электронных фотоприемника Ф₁, Ф₂ 7, 8 на расстоянии друг от друга, строго определенном конструкцией устройства, и две штанги 2.

Один из фотоэлектронных приемников Ф1 закреплен на рамке с осью, имеющей возможность поворота на определенный угол по отношению к другому фотоэлектронному приемнику, что позволяет отъюстировать диаграммы направленности (A₁B₁C₁) и (A₂B₂C₂) обоих фотоприемников Ф₁, Ф₂ 7, 8 перпендикулярно горизонту и параллельно друг другу. Фотоприемники Ф₁, Ф₂ 7, 8 выполнены в герметичных основаниях 15 с входными окнами для приема светового потока и состоят из фотодиода 16 с высокой чувствительностью, диафрагмы 17 с прямоугольной щелью, позволяющей получить узкую диаграмму направленности фотодиода, шторки 18 с ослабителем и электромагнитным приводом для автоматического перекрытия светового потока с большой освещенностью, падающего на приемную площадку фотодиода, выпуклой линзы 19, фокусирующей световой поток на плоскость фотодиода, защитного стекла 20, просветленного с двух сторон в широком спектральном диапазоне.

Фотоприемники Ф₁, Ф₂ 7, 8 снабжены регулировочными ручками 11, 12, 13. Рамки, на которых крепятся фотоэлектронные приемники Ф₁, Ф₂ 7, 8, имеют специальные площадки 14, на которые помещают уровень для выставления фотоприемников в горизонтальное положение и для коррекции углов, для юстировки диаграмм направленности обоих фотоприемников. Кроме того, на торцах корпуса ФЭБ 1 по осевой линии крепятся две штанги 2, которые позволяют выставить ФЭБ строго вдоль линии оси ствола по направлению траектории полета снаряда.

Для временной синхронизации работы всех частей системы она снабжена датчиком вспышки 6, по сигналу которого запускается работа фотоэлектронной системы.

Фотоэлектронная система располагается на шасси автомобиля. Подготовка фотоэлектронной системы к работе состоит в следующем.

ФЭБ 1 устанавливают на исходной позиции в специальном укрытии так, чтобы линия между штангами 2 и осью ствола орудия располагалась на одной линии с траекторией пролета снаряда. Для большей устойчивости ФЭБ 1 колено 10 откидывают и фиксируют, по уровню устанавливают горизонтальное положение корпуса ФЭБ с помощью конусных опор 9, затем уровень устанавливают поочередно на площадки 14 фотоприемников 7, 8 и с помощью регулировочных ручек 11, 12, 13 устанавливают нормали 21 и 22 диаграмм (A₁B₁C₁) и (А₂В₂С₂) обоих фотоприемников Ф₁, Ф₂ 7, 8 перпендикулярно горизонту и параллельно между собой.

Диаграмма направленности фотоприемников формируется выпуклой линзой 19 и диафрагмой 17.

Работает фотоэлектронная система следующим образом.

В основу работы положен метод измерения скорости пролета снарядом известного расстояния, определяемого конструкцией системы, между фотоэлектронными приемниками Ф₁ и Ф₂ по формуле

,

где S - расстояние между фотоприемниками Ф₁ и Ф₂ (задается конструктивно);

t - время пролета снаряда между фотоприемниками Ф₁, Ф₂;

V - скорость, вычисленная ФЭБ.

Перед работой ФЭБ калибруют на специальном стенде, т.е. уточняют расстояние между плоскостями диаграмм фотоприемников Ф1, Ф2 7, 8, заносят в паспортные данные каждого выпущенного ФЭБ и используют затем при работе.

Запуск фотоэлектронного устройства осуществляют датчиком вспышки 6. На произведенный выстрел датчик вспышки б вырабатывает импульс-запуск, характеризующийся кривой 23, который поступает в контроллер БПУ, где вырабатывается временная задержка (кривая 24), равная времени подлета снаряда к ФЭБ. По окончании временной задержки контроллер вырабатывает сигнал "Запись" (кривая 25), по которому сигналы, вырабатываемые фотоприемниками (кривая 26) в результате пролета снаряда, записываются в память АЦП ЭВМ, где обрабатываются, и затем вычисляются время пролета снаряда и его скорость.

Библиографические данные:

1. Описание изобретения к патенту RU 2204111 С2, МПК F 42 B 35/00.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении начальной скорости вылета снаряда при проведении испытаний стрельбой, а также измерении скорости снаряда в месте пролета снаряда над системой. Технический результат - повышение точности, надежности и повторяемости результатов измерений начальной скорости снаряда. Фотоэлектронная система содержит фотоэлектронный блок с фотоприемником, заключенным в корпус, вычислитель, блок питания и управления. Она снабжена вторым фотоприемником, заключенным в корпус и соединенным с вычислителем, датчиком вспышки, контроллером и коленом, снабженным конусообразными опорами. Причем датчик вспышки соединен через контроллер с вычислителем; блок питания соединен с датчиком вспышки и контроллером. Оба фотоприемника соединены через аналого-цифровой преобразователь с электронно-вычислительной машиной и расположены в верхней части корпуса на одной осевой линии на заданном расстоянии друг от друга. Корпус выполнен в виде сварного параллелепипеда, снабженного двумя конусообразными опорами на торцах; конусообразные опоры выполнены с возможностью регулирования по высоте; содержит на торцах корпуса по одной осевой линии две штанги для выставления системы по линии оси ствола. Колено снабжено цилиндрическим шарниром, позволяющим поворачивать колено перпендикулярно корпусу и фиксировать его в этом положении; один из фотоприемников закреплен на подвижной рамке, выполненной с возможностью поворота этого фотоприемника относительно другого на угол, определяемый уровнем. Каждая рамка снабжена прямоугольной площадкой для установки уровня, используемого для юстировки диаграммы направленности обоих фотоприемников. Каждый из фотоприемников выполнен в герметичном корпусе с входным окном; входное окно фотоприемника выполнено под углом 45° к горизонту и закрыто стеклом, просветленным с двух сторон в широком диапазоне. Каждый из фотоприемников состоит из фотодиода с высокой чувствительностью, накрытого диафрагмой с прямоугольной щелью, над которой расположен ослабитель со шторкой для перекрытия щели диафрагмы, выпуклая линза и защитное стекло. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Фотоэлектронная система, содержащая фотоэлектронный блок с фотоприемником, заключенным в корпус, вычислитель, блок питания, причем фотоприемник соединен с вычислителем, отличающаяся тем, что она снабжена вторым фотоприемником, заключенным в корпус, причем оба фотоприемника соединены через аналого-цифровой преобразователь с вычислителем, датчиком вспышки, контроллером и коленом, снабженным конусообразной опорой, причем датчик вспышки соединен через контроллер с вычислителем; блок питания соединен с датчиком вспышки и контроллером, оба фотоприемника расположены в верхней части корпуса на одной осевой линии на заданном расстоянии друг от друга.2. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде сварного параллелепипеда с откидным коленом, снабженного двумя конусообразными опорами на торцах.3. Фотоэлектронная система по п.2, отличающаяся тем, что конусообразные опоры выполнены с возможностью регулирования по высоте.4. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что содержит на торцах корпуса по одной осевой линии две штанги для выставления системы по линии оси ствола.5. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что колено снабжено цилиндрическим шарниром, позволяющим поворачивать колено перпендикулярно корпусу и фиксировать его в этом положении.6. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что один из фотоприемников закреплен на подвижной рамке, выполненной с возможностью поворота этого фотоприемника относительно другого на угол, определяемый уровнем.7. Фотоэлектронная система по п.4, отличающаяся тем, что рамки имеют две прямоугольные площадки для установки уровня, использующегося для юстировки диаграммы направленности обоих фотоприемников.8. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из фотоприемников выполнен в герметичном корпусе с входным окном.9. Фотоэлектронная система по п.8, отличающаяся тем, что входное окно фотоприемника выполнено под углом 45° к горизонту и закрыто стеклом, просветленным с двух сторон в широком диапазоне.10. Фотоэлектронная система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из фотоприемников состоит из фотодиода с высокой чувствительностью, накрытого диафрагмой с прямоугольной щелью, над которой расположен ослабитель со шторкой для перекрытия щели диафрагмы, выпуклая линза и защитное стекло.