СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ КОНТАКТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО КОНТАКТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H04J3/00 F41A31/00 G01N3/30 

Изобретение относится к области технологий обеспечения передачи к приемному узлу электрического сигнала от электрифицированного узла, находящегося в движении. Токоприемник - это аппарат для съема электрического тока с контактного элемента при движении электрифицированного узла (Политехнический словарь. / Редкол.: А.Ю.Ишлинский (гл. П 50 ред.) и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - С.536). Непрерывность функционирования канала электрической связи обеспечивается при этом способом поддержания скользящего контакта контактного элемента движущегося узла с токоприемником.

Устройства контактной электрической связи с движущимся телом применяются для передачи измерительной информации от датчиков, размещаемых, например, на метаемых с использованием поддонов стержнях, к регистрирующей аппаратуре (Динамика удара. Пер. с англ. / Зукас Дж., Николае Т., Свифт Х,Ф., и др. - Мир, 1985. - 296 с., ил., стр.130...132, рис.3.14...3.17). В указанном устройстве реализуется при проведении измерений способ разделения каналов электрической связи, по которому перед мишенью (преградой) закрепляют токоприемник в виде узла с соответствующим числу каналов количеством электрически изолированных между собой элементов, выполненных в форме острия и подключенных к регистрирующей аппаратуре. Перед соударением неподвижные острия пронизывали металлические контактные пластинки, размещенные на переднем торце пластмассового поддона и подключенные к установленным на стержне датчикам деформаций. При метании закрепленного в пластмассовом поддоне стержня на токоприемник острия и пластинки замыкают электрическую цепь и образуют соответствующее количеству элементов с острием число каналов электрической связи. При реализованных в серии испытаний скоростях метания стержня до 1 км/с контактная электрическая связь датчиков с регистрирующей аппаратурой существовала в течение времени, за которое поддон смещался приблизительно на 100 мм.

Известно устройство для исследования процессов резания (авторское свидетельство SU 1038080, В23В 25/06, 18.02.82 г.), в котором датчик (акселерометр) установлен на торце обрабатываемого образца. При этом один из выходных контактов датчика электрически соединен с металлической контактной спицей, установленной на упомянутом торце образца и электрически изолированной от корпуса, а второй - с корпусом образца. Перемещение образца относительно резцов производится путем разгона его в стволе, снабженном закрепленными на дульном срезе ствола резцами и токоприемником. Электрически изолированный от ствола токоприемник выполнен в виде рамки из изоляционного материала с закрепленной в ней медной фольгой, сложенной в несколько слоев. В момент касания спицей фольги замыкается электрическая цепь. Образовавшийся канал контактной электрической связи с датчиком, размещенным в обрабатываемом резцами образце, функционирует в течение времени осуществления контакта резцов с образцом.

Известен также способ проведения испытаний с непрерывной регистрацией параметров конечной баллистики метаемых тел и реализующее его устройство контактной связи (решение о выдаче патента на изобретение от 22.09.2006 г.по заявке №2005124568/28(027637) от 02.08.2005 г). В известном устройстве контактной связи токоприемник представляет собой узел, закрепляемый перед преградой, электрически подключенный к проводу канала электрической связи. Элемент устройства (проводник) при функционировании устройства осуществляет контакт с токоприемником. Область контакта - это некоторая прямолинейная зона контактирования на поверхности токоприемника в виде прямой линии ограниченной ширины, лежащей в плоскости, проведенной через траекторию перемещения метаемого тела. Минимальное удаление обращенной к проводнику поверхности токоприемника от упомянутой траектории выбрано из условия предотвращения контакта с метаемым телом. В общем случае движения при перемещении метаемого тела вдоль токоприемника может быть реализовано и движение вокруг оси симметрии (оси вращения) метаемого тела. В этом случае область контакта реализуется на поверхности токоприемника в виде некоторой винтообразной линии. Параметры этой линии и расположение на поверхности токоприемника заранее не определены. Параметры зависят от скорости перемещения метаемого тела, геометрической формы и линейных размеров токоприемника и проводника известного устройства контактной связи. Известный способ проведения испытаний предусматривает возможность организации в устройстве контактной связи, по меньшей мере, двух каналов электрической связи. При этом способ содержит операцию, заключающуюся в том, что перед метанием тела его положение в метательном устройстве ориентируют в соответствии с расположением закрепленных перед преградой изолированных один от другого электрически элементов токоприемника.

Известные способы разделения каналов контактной электрической связи и токоприемники не обеспечивают, однако, реализации технической задачи поддержания непрерывной электрической связи при глубоком проникании обладающих требуемыми массогабаритными характеристиками метаемых тел в преграду. Контактная электрическая связь, основанная на использовании закрепленных в пластмассовом поддоне металлических контактных пластин, видоизменяющих массогабаритные характеристики метаемых тел, оказывает существенное воздействие на протекание и результат процесса взаимодействия метаемого тела с преградой. Это исключает применение известных решений при проведении испытаний метаемых тел с заданными характеристиками для определения параметров их конечной баллистики (параметров действия метаемых тел по преграде) как в условиях полигонных испытаний, так и в условиях стендовых испытаний в лаборатории. Метаемое тело при функционировании может совершать пространственное (не прямолинейное) движение или движение вокруг оси. Часто реализуемым для тел, стабилизируемых вращением, является вариант вращения вокруг оси симметрии. В известных решениях, включающих способ разделения каналов контактной электрической связи, существенной является неопределенность области контакта элементов контактного устройства с токоприемником. Это снижает надежность поддержания многоканальной контактной электрической связи в случаях проведения испытаний метаемых тел, реализующих сложные начальные условия взаимодействия тел с преградами: наклонная преграда, наличие угла атаки или нутации. Тем самым исключается или ограничивается возможность реализации надежной многоканальной связи для наиболее реальных и практически реализуемых случаев непрямолинейного движения метаемого тела в периоде конечной баллистики. В основном, период времени поддержания режима замыкания контактных металлических пластин на токосъемник в известных решениях определяется не временем процесса конечной баллистики исследуемого метаемого тела, а абсолютными значениями геометрических размеров устройств контактной электрической связи в продольном направлении (спиц, узлов с острием). Следовательно, повышение скорости метания приводит к пропорциональному снижению этого периода.

Настоящее изобретение направлено на поддержание многоканальной электрической контактной связи с метаемым телом, в том числе и вращающимся вокруг оси симметрии, в процессе пробития преграды и при проникании тела в преграду. Повышается за счет обеспечения многоканальной связи и получения данных об истории изменения параметров во времени процесса эффективность проведения испытаний метаемых тел на удар с измерением нагрузок, действующих на тела со стороны преграды, или других кинематических или силовых характеристик конечной баллистики тела в преграде в случаях реализующих при испытаниях пространственное движение тела при его проникании в преграду либо при пробитии преграды. Обеспечивается также надежность получения результата при необходимости регистрации параметров проникания от начала процесса до полной остановки тела либо разрушения преграды или тела, так как уменьшается потребное количество испытаний для получения необходимых данных о реализованном процессе или примененных материалах.

Достигаются указанные результаты вследствие того, что при реализации способа разделения каналов электрической связи в зоне реализации контакта заданной протяженности устанавливают электрически изолированные один от другого проводящие элементы токоприемника в количестве, равном числу каналов электрической связи, обеспечивают ограничение области контакта проводящих элементов электрифицированного узла с проводящими элементами токоприемника, при этом проводящие элементы токоприемника замыкают пространственно вокруг зоны реализации контакта, чередуют между собой в соответствии с номерами каналов, устанавливают в плоскости, направление линий в которой не совпадает с направлением движения электрифицированного узла, проводящие элементы токоприемника соответствующего номера канала электрически соединяют между собой, осуществляют движение электрифицированного узла внутри токоприемника, а при движении электрифицированного узла внутри токоприемника осуществляют нестационарный механический контакт в области, ограниченной размерами проводящих элементов токоприемника в направлении движения электрифицированного узла, электрически изолированных один от другого проводящих элементов электрической цепи электрифицированного узла в зоне реализации контакта в направлении, не совпадающем с линиями в плоскости установки элементов токоприемника.

Указанные результаты при осуществлении способа достигаются в результате применения устройства контактной электрической связи, включающего токоприемник, электрически подключенный к проводу канала электрической связи, и установленный в изоляторе проводник, выполненный с обеспечением ограничения области контакта и электрически подключенный к соответствующему каналу связи в электрической цепи электрифицированного узла, при этом токоприемник в устройстве выполнен в виде узла, состоящего, по меньшей мере, из двух электрически изолированных один от другого и пространственно замкнутых элементов, установленных в плоскости, направление линий в которой не совпадает с направлением движения электрифицированного узла, при этом чередующиеся элементы, соответствующие каждому каналу, соединены совместно с соответствующим проводом каждого канала линии электрической связи.

Токоприемник в устройстве может быть выполнен в форме усеченного конуса, составленного из кольцеобразных изолированных один от другого электрически элементов.

Элементы токоприемника могут быть установлены в плоскости, ортогональной направлению движения электрифицированного узла.

Элементы токоприемника могут быть установлены с одинаковым шагом в направлении движения электрифицированного узла, а на проводнике сформированы элементы ограничения области контакта, при этом шаг выполнения этих элементов на проводнике должен совпадать с шагом установки элементов токоприемника.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где

на фиг.1 изображен момент функционирования устройства контактной электрической связи при осуществлении способа разделения каналов контактной электрической связи;

на фиг.2 изображен вариант исполнения устройства контактной электрической связи.

Способ разделения каналов контактной электрической связи состоит в том, что в зоне реализации контакта заданной протяженности L, как показано на фиг.1, устанавливают электрически изолированные один от другого проводящие элементы токоприемника 1 в количестве, равном числу каналов электрической связи, обеспечивают ограничение области контакта установленных в изоляторе 2 проводящих элементов 3 электрифицированного узла 4 с проводящими элементами токоприемника 1 и при движении осуществляют нестационарный механический контакт проводящих элементов токоприемника 1 с электрически изолированными один от другого проводящими элементами 3 соответствующего канала электрической цепи 6 электрифицированного узла. Проводящие элементы токоприемника 1 замыкают пространственно вокруг зоны реализации контакта, чередуют между собой в соответствии с номерами каналов и устанавливают в плоскости, направление линий в которой не совпадает с направлением движения V электрифицированного узла 4. Проводящие элементы токоприемника 1 соответствующего номера канала электрически соединяют между собой проводами 5 линий связи каналов электрической связи с приемным узлом. Осуществляют движение электрифицированного узла 4 внутри токоприемника, а при движении электрифицированного узла внутри токоприемника осуществляют нестационарный механический контакт в области l, ограниченной размерами проводящих элементов токоприемника 1 вдоль траектории перемещения V электрифицированного узла, электрически изолированных один от другого в изоляторе 2 проводящих элементов 3 электрической цепи 6 электрифицированного узла 4 в зоне реализации контакта L в направлении, не совпадающем с линиями в плоскости установки проводящих элементов 1 токоприемника. Вариант исполнения токоприемника в устройстве контактной электрической связи, представленный на фиг.2, предложен для повышения эффективности применения устройства в испытаниях действия снабженных измерительными системами метаемых тел (электрифицированных узлов) в сложных начальных условиях взаимодействия их с мишенями 8. К одному из проводящих элементов 3 подключен датчик, например акселерометр 9, чувствительная ось которого направлена вдоль оси электрифицированного узла, а к другому - акселерометр 10, чувствительная ось которого направлена ортогонально оси электрифицированного узла. Возникающие при действии электрифицированного узла по преграде под углом к ней усилия в осевом и боковом направлениях будут регистрироваться по раздельным каналам линии электрической связи.

В устройстве для реализации заявленного способа (см. фиг.2) токоприемник может быть также выполнен в виде сужающегося в направлении метания тела узла, например, рупорообразной формы, составленного из выполненных из электропроводящего материала проводящих элементов токоприемника 1, изолированных электрически один от другого выполненными из диэлектрика элементов 7, при этом чередующиеся проводящие элементы токоприемника 1 через один соединены совместно с соответствующим проводом 5 канала линии электрической связи. Рупорообразная форма токоприемного узла способствует надежности поддержания контакта между элементами 1 и 3 устройства в конечной фазе исследуемых процессов. Установка проводящих элементов 1 токоприемника в плоскости, ортогональной траектории перемещения электрифицированного узла, обеспечивает возможность выполнения проводящих элементов в простой геометрической форме.

Возможным вариантом исполнения такого токоприемного узла может быть и выполненный из электроизоляционного материала усеченный конус, во внутренней поверхности которого вмонтированы концентрические электропроводящие элементы токоприемника. Прочностные характеристики материала диэлектрических элементов 7 подбираются по возможности близкими к характеристикам материала, из которого выполнены проводящие элементы токоприемника 1. Соблюдение этого условия создает условия для безударного, более плавного, контактирования элементов устройства при его функционировании. Это, в свою очередь, исключает возможность создания условий для замыкания одним проводящим элементом 3 проводящих элементов токоприемника, принадлежащих разным каналам. Материалы, размеры контактирующих элементов и форма токоприемника подбираются в предварительных испытаниях для заданного скоростного диапазона. В испытаниях с применением акселерометрии для регистрации параметров процесса конечной (терминальной) баллистики исходным регистрируемым параметром является история изменения значений замедления (отрицательного ускорения) электрифицированного узла во времени процесса. Проведенные испытания показали, что в моменты отсутствия контактирования между элементами 1 и 3 по любому из каналов электрической связи устройства, значение замедления сохраняется на постоянном уровне до следующего изменения значения при возобновлении контактирования. В случае же возникновения механического, следовательно, и электрического контактов между проводящими элементами 1, принадлежащих разным каналам электрической связи устройства, в электрической цепи наблюдается колебательный процесс уменьшения накопленного масштабной емкостью заряда с частотой, определяемой параметрами образовавшегося колебательного контура. Для повышения надежности получения регистрации с отсутствием замыканий и разрывов контакта применяется вариант исполнения проводящих элементов 3, показанный на фиг.2. Для представленного варианта с двумя каналами электрической связи проводящие элементы токоприемника 1, электрически подключенные к проводу 5 одного из каналов линии электрической связи установлены с одинаковым шагом b вдоль траектории перемещения электрифицированного узла, а на проводнике 3 сформированы элементы ограничения области контакта 11, при этом шаг выполнения элементов 11 на проводнике 3 совпадает с шагом b установки проводящих элементов 1. Элементы 11 смещены в пространстве по отношению один к другому в направлении траектории перемещения электрифицированного узла 4, частично изображенного на фиг.2 пунктирной линией. Величина смещения и величина шага определяется количеством каналов электрической связи. Для варианта на фиг.2 с двумя каналами электрической связи и одинаковыми размерами элементов 1 в направлении траектории перемещения электрифицированного узла 4 величина шага b равна удвоенной сумме размеров одного проводящего элемента 1 и одного электрически изолирующего элемента 7. Величина смещения, соответственно, равна половине величины шага b. Применение представленного токоприемного узла в испытаниях метаемых тел повышает эффективность испытаний при усложнении начальных условий встречи тел с преградами за счет улучшения условий для контактирования элементов устройства, повышения надежности получения результата и уменьшения потребного количества опытов для получения требуемых данных об изменении величин параметров конечной баллистики в исследуемом процессе.

Группа изобретений относится к электротехнике. Устройства электрической контактной связи для метаемого тела применяются при передаче измерительной информации к регистрирующей аппаратуре от датчиков, размещаемых, например, в бортовом оборудовании метаемых в мишень моделей снарядов, оснащенных измерительными системами. Технический результат - повышение надежности. Способ разделения каналов контактной электрической связи состоит в том, что в зоне реализации контакта заданной протяженности устанавливают электрически изолированные один от другого проводящие элементы токоприемника в количестве, равном числу каналов электрической связи. Обеспечивают ограничение области контакта установленных в изоляторе проводящих элементов электрифицированного узла с проводящими элементами токоприемника и при движении осуществляют нестационарный механический контакт проводящих элементов токоприемника с электрически изолированными один от другого проводящими элементами соответствующего канала электрической цепи электрифицированного узла. Проводящие элементы токоприемника замыкают пространственно вокруг зоны реализации контакта, чередуют между собой в соответствии с номерами каналов и устанавливают в плоскости, направление линий в которой не совпадает с траекторией перемещения электрифицированного узла. Проводящие элементы токоприемника соответствующего номера канала электрически соединяют между собой проводами линий связи каналов электрической связи с приемным узлом. Осуществляют движение электрифицированного узла внутри токоприемника, а при движении электрифицированного узла внутри токоприемника осуществляют нестационарный механический контакт в области, ограниченной размерами проводящих элементов токоприемника вдоль траектории перемещения электрифицированного узла, электрически изолированных один от другого в изоляторе проводящих элементов электрической цепи электрифицированного узла в зоне реализации контакта в направлении, не совпадающем с линиями в плоскости установки проводящих элементов токоприемника. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разделения каналов контактной электрической связи для электрического соединения электрической цепи движущегося электрифицированного узла с приемным узлом, характеризующийся тем, что в зоне реализации контакта заданной протяженности устанавливают электрически изолированные один от другого проводящие элементы токоприемника в количестве, равном числу каналов электрической связи, ограничивают области контакта электрически изолированных один от другого проводников электрифицированного узла с проводящими элементами токоприемника, при движении электрифицированного узла внутри токоприемника осуществляют нестационарный механический контакт проводящих элементов токоприемника с электрически изолированными один от другого проводниками соответствующего канала электрической цепи электрифицированного узла в области ограниченной размерами проводящих элементов токоприемника вдоль траектории перемещения электрифицированного узла, при этом проводящие элементы токоприемника выполняют в виде пространственно замкнутых элементов, замыкающих пространственно вокруг зоны реализации контакта, и устанавливают в плоскостях, направление линий в которых не совпадает с траекторией перемещения электрифицированного узла.2. Устройство контактной электрической связи для электрического соединения электрической цепи движущегося электрифицированного узла с приемным узлом, включающее токоприемник, электрически подключенный к проводу канала электрической связи и установленный в изоляторе, по крайней мере, один проводник, выполненный с обеспечением ограничения области контакта и электрически подключенный к соответствующему каналу связи в электрической цепи электрифицированного узла, при этом токоприемник выполнен в виде узла, состоящего, по меньшей мере, из двух электрически изолированных один от другого и пространственно замкнутых проводящих элементов, установленных в плоскостях, направление линий в которых не совпадает с траекторией перемещения электрифицированного узла, причем проводящие элементы токоприемника выполнены чередующимися, соответствующими каждому каналу электрической связи, и соединены с соответствующим проводом каждого канала линии электрической связи.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что токоприемник выполнен рупорообразной формы и составлен из кольцеобразных, изолированных один от другого электрически проводящих элементов.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что проводящие элементы токоприемника установлены в плоскостях, ортогональных траектории перемещения электрифицированного узла.5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что проводящие элементы токоприемника установлены с шагом вдоль траектории перемещения электрифицированного узла, на проводнике установлены элементы, выполненные с ограничением области контакта, при этом шаг установки этих элементов на проводнике определен количеством каналов электрической связи и совпадает с шагом установки проводящих элементов токоприемника, а установленные на проводниках разных каналов элементы ограничения контакта смещены один относительно другого в направлении траектории перемещения электрифицированного узла.