Корпусний пристрій для визначення швидкості об’єкта

Реферат: UA 67984 U UA 67984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі обладнання для проведення експериментальних досліджень, зокрема для визначення швидкості ударника при проведенні експериментів по вивченню високошвидкісної ударної взаємодії матеріалів чи конструкцій. Пристрій може використовуватися для визначення швидкості кулі для перевірки зброї, зокрема, при її виготовленні, а також при проведенні спортивних змагань. Відомі пристрої для визначення швидкості об'єкта [1-3], засновані на принципі реєстрації моментів часу початку і кінця прольоту об'єктом бази заданої довжини та розрахунку швидкості об'єкта як відношення довжини бази до зареєстрованого інтервалу часу прольоту. Пристрої відрізняються за способом реєстрації моментів прольоту об'єктом заданих точок його траєкторії. Така реєстрація може здійснюватися контактним способом, наприклад, шляхом розмикання електричних контактів при розриві провідника, який перетинає траєкторію польоту об'єкта. Недоліком є вплив засобів вимірювання на вимірювану величину, так як має місце гальмування об'єкта. При безконтактному визначенні швидкості може застосовуватись принцип реєстрації моменту зміни індуктивності котушки при прольоті через неї об'єкта чи реєстрація зміни інших параметрів електромагнітного поля, викликаної рухом об'єкта. Недоліком таких пристроїв є непридатність для реєстрації швидкості об'єктів із немагнітних матеріалів та діелектриків. Також відомий вибраний за прототип пристрій для визначення швидкості об'єкта, що містить два суміщені в одному корпусі розташовані вздовж лінії руху об'єкта на фіксованій відстані один від одного фоторелейні бар'єри та блок обробки сигналу із вимірювачем часу між моментами перетину об'єктом вказаних фоторелейних бар'єрів [4]. Реєстрація моментів прольоту фоторелейних бар'єрів, а відповідно початку і кінця бази заданої довжини, відбувається при перекритті пролітаючим об'єктом світлового променя від випромінювача фоторелейного бар'єра, внаслідок чого пристроєм реєструється сигнал відсутності світлового променя, отриманий за допомогою фотодатчика фоторелейного бар'єра. Для забезпечення достатнього для спрацювання фотодатчика часу перекриття доступу до нього променя у прототипі застосована спеціальна схема розташування дзеркал відображення променя, яка забезпечує його кількаразовий перетин об'єктом. Недоліком пристрою є технологічна складність виготовлення пристрою із забезпеченням високої степені точності необхідного розташування дзеркал, випромінювача та фотодатчика. Крім того, необхідність забезпечення точного взаємного розташування значного числа складових елементів у пристрої призводить до високої ймовірності виходу із ладу пристрою в реальних умовах застосування, як при проведенні лабораторних вимірювань, так і особливо в полігонних умовах, а також до низької живучості пристрою. В основу корисної моделі поставлене завдання забезпечити високу живучість пристрою при застосуванні як в лабораторних, так і в полігонних умовах, де присутня посилена дія вражаючих факторів у вигляді змін температури та тиску, вологості та механічних струсів, які можуть призвести до послаблення фіксації і порушення взаємного розташування складових елементів пристрою, а також спростити конструкцію пристрою для спрощення і зниження затрат на його виробництво. Покладене завдання вирішується за рахунок того, що у запропонованому пристрої система дзеркал відображення світлового променя перед його потраплянням на фотоприймач виконана у вигляді суцільної дзеркальної внутрішньої поверхні таким чином, щоб забезпечувалися необхідні умови відображення: промінь випромінювача та відображені промені перетинають траєкторію польоту об'єкта; відстань між сусідніми відображеними променями така, що від часу початку перекриття об'єктом променя від випромінювача до часу кінця перекриття об'єктом останнього перед фотодатчиком відображеного променя об'єкт постійно перекриває хоча б один із променів так, щоб унеможливити потрапляння світлового променя на фотоприймач; відстань L між випромінювачем та фотодатчиком і кількість відображень n від дзеркальної поверхні навпроти випромінювача і фотодатчика та (n-1) від дзеркальної поверхні між випромінювачем і фотодатчиком такі, що сумарний час перекриття пролітаючим об'єктом доступу світлового променя до фотодатчика рівний або більший за час спрацьовування фотодатчика, достатній для подачі сигналу, який свідчить про проліт об'єктом даного фотобар'єра. У випадку прямолінійної траєкторії О-О польоту об'єкта запропонований пристрій можна реалізувати наступним чином: випромінювач і фотоприймач розташовані у корпусі пристрою на одній паралельній траєкторії польоту об'єкта прямій А-А із розташованою між ними паралельною траєкторії O-O дзеркальною ділянкою; на прямій В-В, паралельній прямим А-А і O-O і розташованій у площині, утвореній цими прямими, симетрично прямій А-А відносно прямої О-О, розташована паралельна траєкторії O-O друга дзеркальна ділянка так, щоб реалізувати вищеописані умови відображення променя. При цьому відстань між випромінювачем та 1 UA 67984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фотоприймачем L=2Hctg. Величину кута  та число відображень n знаходять із наступних умов: 1. Умова спрацьовування фотодатчика, яка полягає у тому, що час t реакції на відсутність світлового променя для подачі сигналу прольоту об'єкта через даний фоторелейний бар'єр менший сумарного часу, протягом якого об'єкт здійснює перекриття променя випромінювача: t(2Hctg(n-1) - h/sin)/Vmax, де H - відстань між вказаними лініями А-А та В-В, h - товщина променя випромінювача, Vmax - максимальна реєстрована пристроєм швидкість польоту об'єкта. 2. Умова перекриття об'єктом доступу світлового променя від випромінювача до фотодатчика від часу початку перекриття об'єктом початкового променя від випромінювача до часу кінця перекриття об'єктом останнього перед фотодатчиком відображеного променя: lk(2Hctg+h/sin), де l - розмір об'єкта вздовж траєкторії його польоту, k - коефіцієнт запасу, k>1. Збільшення коефіцієнта запасу сприяє зростанню надійності виконання умови перекриття. Дослідно отриманими оптимальними значеннями коефіцієнта запасу є значення k[1,3; 1,5]. Така конструкція дозволяє отримати технологічно простий для виготовлення пристрій, придатний для реєстрації високих швидкостей пролітаючого об'єкта із високою живучістю та довговічністю і спрощеними вимогами до умов експлуатації, причому зберігається притаманна прототипу можливість в залежності від передбачуваних умов експлуатації конструктивно регулювати максимальну реєстровану швидкість у залежності від мінімальних розмірів ударника та параметрів застосовуваних елементів, таких як час реакції фотодатчика. Принципова схема корпусного пристрою для визначення швидкості об'єкта зображена на фіг. 1. Принципова схема фоторелейного бар'єра у складі корпусного пристрою для визначення швидкості об'єкта зображена на фіг. 2. Корпусний пристрій для визначення швидкості об'єкта містить (фіг. 1) два суміщені в одному корпусі 3, розташовані вздовж лінії O-O руху об'єкта на фіксованій відстані S один від одного фоторелейні бар'єри 2 і 4, а також блок 5 обробки сигналу із вимірювачем часу між моментами перетину об'єктом 1 вказаних фоторелейних бар'єрів 2 і 4 зі швидкістю V. Кожен фоторелейний бар'єр у складі корпусного пристрою для визначення швидкості об'єкта містить (фіг. 2) випромінювач 2 світла променем 5, систему паралельних траєкторії O-O польоту об'єкта 1 дзеркальних ділянок 3 на внутрішній поверхні корпусу 6, причому одна із них розташована разом із випромінювачем 2 світла на паралельній траєкторії O-O польоту об'єкта 1 лінії А-А корпусу фоторелейного бар'єра 6, а друга дзеркальна ділянка паралельна першій та розташована на паралельній траєкторії O-O польоту об'єкта 1 лінії В-В, яка лежить в утвореній лініями А-А та O-O площині відображення променя симетрично до лінії А-А відносно лінії О-О, з протилежного від випромінювача 2 боку. Крім того, фоторелейний бар'єр у складі пристрою для визначення швидкості об'єкта містить фотодатчик 4 випроміненого випромінювачем 2 і відображеного дзеркальними ділянками 3 променя 5, розташований разом із випромінювачем 2 світла на лінії А-А. Відстань Н між лініями А-А та В-В корпусу 6 фоторелейного бар'єра та кут  відображення променя 5 та кількість відображень n від дзеркальної поверхні навпроти випромінювача і фотодатчика, а відповідно кількість (n-1) відображень променя від дзеркальної поверхні між випромінювачем і фотодатчиком, мають такі значення, щоб lk(2Hctg+h/sin) та t(2Hctg. (n-1) - h/sin)/Vmax, де l - розмір об'єкта 1 вздовж траєкторії O-O його польоту, k коефіцієнт запасу, k>1, h - товщина променя 5 випромінювача 2, t - час реакції фотодатчика 4 на відсутність світлового променя 5, необхідний для виникнення сигналу про проліт об'єкта 1 через даний фоторелейний бар'єр, Vmax - максимальна реєстрована пристроєм швидкість польоту об'єкта 1. Корпусний пристрій для визначення швидкості об'єкта працює наступним чином (фіг. 1). Пристрій розміщують так, щоб траєкторія O-O польоту об'єкта 1, швидкість V якого необхідно визначити, проходила через канал пристрою без створення перепони до руху об'єкта 1 і фоторелейні бар'єри 2 і 4 були розташовані вздовж траєкторії O-O руху об'єкта. Під час прольоту ударником фотобар'єрів 2, а потім 4 на блок 5 обробки сигналу подаються сигнали, перший із який запускає відлік часу Т вимірювачем часу, а другий припиняє його. Блок 5 обробки сигналу може мати функцію відображення інформації про процес реєстрації швидкості на моніторі, а також функцію збереження і аналізу інформації про окремі вимірювання чи передачі даних до ЕОМ. Швидкість V об'єкта 1 розраховується блоком 5 обробки сигналу як відношення заданої відстані S між фоторелейними бар'єрами 2 і 4 до зафіксованого пристроєм часу Т між моментами перетину об'єктом 1 фоторелейних бар'єрів 2 і 4: V=S/T. Фоторелейний бар'єр у складі корпусного пристрою для визначення швидкості об'єкта працює наступним чином (фіг. 2). В початковому стані готового до проведення замірів пристрою для визначення швидкості об'єкта випромінювач 2 фоторелейного бар'єра випромінює промінь 5 під кутом  до лінії А-А. Система дзеркальних ділянок 3, розташованих на лініях А-А та В-В 2 UA 67984 U 5 10 15 20 корпусу 6 фоторелейного бар'єра, забезпечує відображення променя 5 таким чином, що він потрапляє на фотодатчик 4. При проведенні вимірювання швидкості пролітаючого об'єкта 1 взаємне розташування елементів фоторелейного бар'єра та запропонована схема відображення променя забезпечують постійне перекриття доступу променя 5 до фотодатчика 4 від моменту початку перекриття об'єктом 1 променя від випромінювача 2 до моменту кінця перекриття об'єктом 1 останнього перед фотодатчиком 4 відображеного променя, чим забезпечується достатність часу перекриття об'єктом 1 променя 5 для спрацьовування фотодатчика 4, зважаючи на скінченну величину часу спрацьовування останнього, навіть при високих швидкостях польоту об'єкта 1. Внаслідок відсутності світлового променя на фотодатчику 4 ним генерується відповідний сигнал, який далі спрямовується до блока обробки сигналу пристрою для визначення швидкості об'єкта. Джерела інформації: 1. Патент RU2366960 С1. Устройство для измерения скорости перемещаемого тела. Г.А. Копылов, В.Д. Ковалев, В.Г. Бондарев, В.В. Ефанов - Опубл. в Б.В. №25,10.09.2009. - аналог 2. Патент RU2285268 С1. Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого объекта. А.П. Иванов, М.Р. Колиев - Опубл. в Б.В. №28, 10.10.2006. - аналог 3. Patent DE 3333701 Al. Gerät zur Ermittlung von Geschoßgeschwindigkeit. G.Huscher, K.H.Hölter-Offenlegungstag 04.04.1985. - аналог 4. Рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель по заявці UA №u201011897. Пристрій для визначення швидкості об'єкта. В.В. Астанін, Г.О. Щегель – прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Корпусний пристрій для визначення швидкості об'єкта, що містить два суміщені в одному корпусі розташовані вздовж лінії руху об'єкта на фіксованій відстані один від одного фоторелейні бар'єри у вигляді випромінювача, системи дзеркал відображення променя у площині лінії польоту об'єкта з перетином вказаної лінії, фотодатчик, а також блок обробки сигналу із вимірювачем часу між моментами перетину об'єктом вказаних фоторелейних бар'єрів, який відрізняється тим, що система дзеркал відображення променя кожного фоторелейного бар'єра виконана у вигляді розташованих із можливістю забезпечення потрібної для роботи пристрою схеми відображення променя двох суцільних пласких дзеркальних ділянок на внутрішній поверхні корпусу для кріплення випромінювачів та фотодатчиків фоторелейних бар'єрів пристрою. 3 UA 67984 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4