ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ БЛОК ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СБОРКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ УЗЛОВ И МОДУЛЕЙ ВЗРЫВАТЕЛЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПЕРЕГРУЗОК Российский патент 2022 года по МПК G01D9/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для сбора и регистрации информации о режимах работы узлов и модулей взрывательных устройств под действием перегрузок при их отработке в лабораторных и стрельбовых испытаниях, а также для принятия решения о целесообразности их дальнейшего применения или модернизации.

При разработке электронных детонаторов снарядов или ракет при анализе произошедших ошибок часто возникают проблемы с определением причин, которые привели к ним. Существует необходимость использования регистраторов для получения информации о режимах работы отрабатываемых узлов при выстреле, на траектории и т.д.

Современный регистратор данных представляет собой электронную вычислительную систему, выполняющую сбор информации от различных источников и запись ее в накопитель информации, обеспечивающий сохранение заданного объема информации в течение заданного времени. Так, например, из уровня техники (RU 156448, опубл. 10.11.2015) известен бортовой аварийный регистратор, применяемый на транспортных средствах (автомобилях, поездах, судах, летательных аппаратах). Регистратор содержит в корпусе электронный интерфейс, присоединенный для приема данных, устройство энергонезависимой памяти, электрически присоединенное к электронному интерфейсу для сохранения данных, аккумуляторную батарею, расположенную в резервном источнике питания, расположенном снаружи корпуса и имеющем электрический разъем, присоединенный к ответному электрическому разъему корпуса для обеспечения рабочего напряжения на электронный интерфейс и устройство энергонезависимой памяти.

Недостатком этого регистратора является то, что данные могут передаваться только при функционировании транспортного средства, регистратор не может быть использован при испытаниях с перегрузками ~ 30000g, кроме того, имеет место нарушение питания и несрабатывание резервного источника питания в период до начала выключения основного источника питания.

Известно устройство регистрации параметров работы снаряда под действием перегрузок - 30000g (патент CN 112212912, опубл. 12.01.2021). Устройство представляет собой герметичную конструкцию, в корпусе которой размещены блок сбора данных, который включает различные датчики, в зависимости от того, какие параметры снаряда требуется зарегистрировать, блок записи и аккумулятор. В некоторых вариантах осуществления множественные датчики представляют собой один или комбинацию любого из датчиков угловой скорости, удара, вибрации, перегрузки и т.д. Датчики интегрированы на подложку печатной платы, чтобы сформировать блок сбора данных. Корпус выполнен стальным, внутренние компоненты и печатная плата залиты изоляционным клеем.

Недостаток устройства связан с тем, что оценивают только работу снаряда, что ограничивает объем его применения и невозможно исследовать работоспособность и соответствие заданным номиналам его структурных и функциональных элементов для конструированного совершенствования боеприпасов с целью повышения эффективности основного действия по назначению.

Известен измерительный блок испытательной сборки для исследования работы узлов и модулей взрывателей под действием перегрузок, например, телеметрический блок снаряда, который используют для записи информации о работе исследуемого объекта, в частности, донного взрывателя, устанавливаемого в камору корпуса снаряда для отработки новых видов боеприпасов и совершенствования штатных (патент RU 2724066, опубл. 19.06.2020). Данный измерительный блок выбран в качестве ближайшего аналога. Блок крепиться к взрывателю и включает печатную плату в составе многоканального микроконтроллера, запоминающего устройства, стабилизатора напряжения, интерфейса, аналогово-цифрового преобразователя, принимающего рабочие импульсы с донного взрывателя и электрически связанного с резервным источником питания и измерительным датчиком. Все узлы залиты отверждающимся электротехническим компаундом, формируя ударопрочную конструкцию, которая выдерживает нагрузки при выстреле, на траектории, при встрече с преградой, грунтом, сохраняя целостность структурных и функциональных элементов. Преобразователь при скорости 400000 измерений в секунду обеспечивают три аналоговых канала для измерения и записи во времени контролируемого параметра, пять цифровых каналов для фиксации наличия или отсутствия события, без измерения значения. Источник питания размещен в головном обтекателе, который кольцевым пояском базируется по резьбе в упор к открытому торцу корпуса снаряда, где источник питания через электроразъем подключен к микроконтроллеру, жестко связанному с исследуемым объектом - донным взрывателем, встроенным в штатную камору корпуса снаряда. Печатная плата снабжена электроразъемом для подсоединения после извлечения из стреляного снаряда к стационарному считывающему устройству записанных данных и параметров для анализа и выводов по совершенствованию конструкции в целом и поэлементно во взаимосвязи. Оптически прозрачный донный канал снаряда позволяет использовать лазерную систему для автоматического ввода управляющих сигналов.

Недостатком ближайшего аналога является то, что структурные элементы блока размещены в разных отсеках снаряда, и используемое геометрическое замыкание их в электрическом взаимодействии накладывает ограничения на выбор объекта испытаний. Следует отметить, что конструкция телеметрического блока и использование резервного источника питания позволяет включать микроконтроллер только после выстрела, что не позволяет регистрировать сигналы с начала запуска объекта испытания. Кроме того, конструкция не является разборной, недостаточная защита от электромагнитного излучения и полей, что в целом снижает функциональные возможности блока.

Техническим результатом заявляемого устройства является расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции измерительного блока испытательной сборки для исследования работы узлов и модулей взрывателей под действием перегрузок, включающего средство коммутации передачи сигналов от объекта испытания, опорные элементы для фиксации в испытательной сборке, источник питания, стабилизатор напряжения и соединенную с источником питания печатную плату в составе многоканального микроконтроллера, снабженного электроразъемом коммутации со стационарным считывающим устройством, запоминающего устройства, аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, с заливкой свободного объема отверждающимся электротехническим компаундом, новым является то, что печатная плата и источник питания размещены на общем кронштейне, выполненном с возможностью крепления к конструктивным элементам объекта испытаний, опорный элемент выполнен в виде втулки, обеспечивающей силовое замыкание измерительного блока с объектом испытаний и формирование единой герметичной конструкции после заливки свободного объема втулки электротехническим компаундом, в качестве которого используют пицеин, и установки днища, а в качестве источника питания используют источник тока постоянной готовности, минусовой токовывод которого вместе с аналогичным токовыводом печатной платы выведены за пределы единой герметичной конструкции с возможностью коммутации непосредственно перед испытанием.

Объединение функциональных узлов устройства (печатной платы и источника тока) на едином кронштейне позволяет уменьшить занимаемый объем, обеспечить точность установки блока и облегчить ее, что позволяет использовать для отработки узлов взрывателей широкого класса современных боеприпасов.

Использование пицеина обеспечивает высокую устойчивость конструкции к перегрузкам, а также удобство сборки - разборки конструкции, что позволяет применять измерительный блок многократно.

Применение источника тока постоянной готовности, минусовой токовывод которого вместе с аналогичным токовыводом печатной платы выведены за пределы единой герметичной конструкции с возможностью коммутации непосредственно перед испытанием, позволяет запускать микроконтроллер измерительного блока до выстрела, что обеспечивает прием сигналов измерительным блоком в момент поступления управляющего сигнала на объект испытаний, обеспечивает защиту от электромагнитного излучения.

Выполнение опорного элемента в виде втулки, обеспечивающей силовое замыкание измерительного блока с объектом испытаний и формирование единой герметичной конструкции после заливки свободного объема втулки электротехническим компаундом и установки днища, позволяет увеличить прочность, обеспечить неоднократность применения, существенно упростить сборку и использовать измерительный блок для отработки узлов взрывателей широкого класса современных боеприпасов.

На фиг. 1 схематично изображен измерительный блок, где: 1 - регистратор; 2 - печатная плата; 3 - источник питания; 4 - кронштейн; 5 - испытательная сборка (снаряд); 6 - объект испытаний (взрыватель); 7 - днище; 8 - опорное кольцо, 9 - крышка; 10 - транзитные провода; 11 - корпус объекта испытаний; 12 - втулка силовая.

На фиг. 2 схематично изображен собранный и подключенный к питанию измерительный блок, установленный в снаряд, где:

13 - место, занимаемое блоком в снаряде 5; 9 - крышка.

Примером конкретного выполнения заявляемого измерительного блока может служить шестиканальный энергонезависимый ударопрочный FLASH носитель информации (УНИ), позволяющий записывать и хранить информацию о режимах работы элементов и модулей микроэлектроники, в частности, для примера - макета дистанционно-контактного взрывателя при проведении экспериментов. Шестиканальный УНИ встроен во взрыватель. УНИ конструктивно выполнен в виде узла, включающего в себя все компоненты. Короткие коммуникации УНИ защищены от внешних наводок. Заливка пицеином с возможностью разборки после выстрела позволяет проверять механические узлы. Использование возможно с донным, головным, головодонным взрывателем. Включение осуществляется непосредственно перед выстрелом.

Основным узлом УНИ является регистратор, который смонтирован на кронштейне с источником питания и включает в себя печатную плату, содержащую в своем составе многоканальный микроконтроллер, снабженный электроразъемом коммутации со стационарным считывающим устройством, запоминающее устройство, аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Минусовой токовывод источника питания постоянной готовности вместе с аналогичным токовыводом печатной платы выведены за пределы конструкции УНИ (фиг. 1) с возможностью коммутации непосредственно перед испытанием. После замыкания токовыводов место замыкания закрывается крышкой (фиг. 2). Кронштейн обеспечивает возможность адаптации регистратора к месту размещения в составе объекта испытаний. Форма кронштейна выбирается из конкретных условий размещения регистратора. Кронштейн имеет технологические узлы крепления к элементам конструкции, обеспечивающие удобную сборку регистратора в составе объекта испытаний. Электрические коммуникации регистратора с объектом испытаний осуществляются с помощью транзита проводов через элементы конструкции объекта испытаний без нарушения функциональных свойств этих элементов. Коммуникации экранированы элементами конструкции объекта испытаний с целью исключения воздействия электромагнитного излучения и электромагнитных полей. Установка и крепление регистратора в составе испытательной сборки производится с помощью специальной силовой втулки, заворачиваемой в корпус объекта испытаний, и воспринимающей осевую перегрузку при выстреле. Габаритные размеры втулки подбирают в зависимости от конструкции снаряда. Втулка ограничивает объем, используемый для размещения регистратора. Силовое замыкание осуществляется с помощью днища и опорного резьбового кольца, воспринимающего осевую перегрузку при выстреле. Наружные обводы силовых элементов конгруэнтны форме гнезда, согласованного с разработчиком снаряда для размещения регистратора в объеме содержимого снаряда. Внутренний объем испытательной сборки залит пицеином, обеспечивающим герметичность конструкции при выстреле и возможность извлечения платы регистратора после выстрела при нагреве пицеина.

Алгоритм работы УНИ следующий. Для работы УНИ разработан программный код, с помощью которого осуществлялся синхрозапуск микроконтроллера, размещенного на плате 2 и запись полученной информации в память регистратора 1. Была проведена серия из трех опытов. Во всех опытах применялся один и тот же УНИ.

При проведении испытаний требовалось обеспечить:

- максимальную пиковую перегрузку - (20000-30000)g;

- полуширину импульса перегрузок не менее 0,5 мс;

- скорость снаряда с УНИ - (100-300) м/с.

В снаряд 5 устанавливают объект испытаний 6. При сборке регистратора 1 плату 2 с источником питания 3 вклеивают в кронштейн 4. Силовую втулку 12 заворачивают в корпус объекта испытаний 6, прикрепляют к объекту испытаний 6 кронштейн 4. После установки регистратора 1 с силовой втулкой 12 в корпус снаряда 5, осуществляют силовое замыкание с помощью днища 7 и опорного резьбового кольца 8. Затем внутренний объем втулки 12 заливают пицеином и ограничивают объем днищем 7. Плата 2 подключается к источнику питания 3 с помощью гибких проводников непосредственно перед выстрелом путем их замыкания, после чего место замыкания закрывают крышкой 9. При подаче питания 3,3 В формируется синхроимпульс начала оцифровки, сбора и записи массива данных. Запись информации производилась с начального момента действия импульса перегрузок с указанными выше характеристиками. Форма сигнала записывалась в память регистратора 1 в течение 30 мс после старта с шагом дискретизации 180 мкс. Нераскрытие резьбового стыка силовой втулки 12 при действии осевой перегрузки обеспечивалась механическим ограничением радиальной деформации резьбовой части втулки в направлении к оси вращения снаряда элементами конструкции объекта испытаний 6. После испытания через плату 2 конвертора-интерфейса вся информация из памяти переписывалась в компьютер для дальнейшей ее обработки.

Разработанное устройство регистрации позволяет записывать и хранить измеряемую информацию при неоднократном воздействии импульсов перегрузок с пиковым значением до 30000g включительно и полуширине не менее 0,5 мс.

Измерительный блок испытательной сборки для исследования работы узлов и модулей взрывателей под действием перегрузок содержит регистратор, который смонтирован на кронштейне с источником питания и включает в себя печатную плату, содержащую в своем составе многоканальный микроконтроллер, снабженный электроразъемом коммутации со стационарным считывающим устройством, запоминающее устройство, аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Внутренний объем залит пицеином, обеспечивающим герметичность конструкции при выстреле и возможность извлечения платы регистратора после выстрела при нагреве пицеина. Минусовой токовывод источника питания постоянной готовности вместе с аналогичным токовыводом печатной платы выведены за пределы конструкции с возможностью коммутации непосредственно перед испытанием. Кронштейн обеспечивает возможность адаптации регистратора к месту размещения в составе объекта испытаний. Форма кронштейна выбирается из конкретных условий размещения регистратора. Электрические коммуникации регистратора с объектом испытаний осуществляются с помощью транзита проводов через элементы конструкции объекта испытаний без нарушения функциональных свойств этих элементов. Технический результат – расширение функциональных возможностей. 2 ил.

Измерительный блок испытательной сборки для исследования работы узлов и модулей взрывателей под действием перегрузок, включающий средство коммутации передачи сигналов от объекта испытания, опорные элементы для фиксации в испытательной сборке, источник питания, стабилизатор напряжения и соединенную с источником питания печатную плату в составе многоканального микроконтроллера, снабженного электроразъемом коммутации со стационарным считывающим устройством, запоминающего устройства, аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, с заливкой свободного объема отверждающимся электротехническим компаундом, отличающийся тем, что печатная плата и источник питания размещены на общем кронштейне, выполненном с возможностью крепления к конструктивным элементам объекта испытаний, опорный элемент выполнен в виде втулки, обеспечивающей силовое замыкание измерительного блока с объектом испытаний и формирование единой герметичной конструкции после заливки свободного объема втулки электротехническим компаундом, в качестве которого используют пицеин, и установки днища, а в качестве источника питания используют источник тока постоянной готовности, минусовой токовывод которого вместе с аналогичным токовыводом печатной платы выведены за пределы единой герметичной конструкции с возможностью коммутации непосредственно перед испытанием.