RU161396U1

RU161396U1 - MULTI-SPEED SENSOR

Info

Publication number: RU161396U1
Application number: RU2015127042/03U
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Буркин; Алексей Сергеевич Дьячковский; Александр Леонидович Егоров; Александр Николаевич Ищенко; Леонид Валерьевич Корольков; Иван Викторович Майстренко; Евгений Юрьевич Степанов; Андрей Владимирович Чупашев; Константин Сергеевич Рогаев
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-04-20

Abstract

Датчик дульной скорости, включающий корпус из немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки, средний стержень магнитопровода имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, отличающийся тем, что магнитопровод имеет форму кольца, измерительные катушки установлены в углублениях, выполненных на концах средних стержней магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, при этом торцевая поверхность среднего стержня, обращенная к измерительному каналу, заострена либо выполнена в виде полусферы.The muzzle velocity sensor, including a housing made of non-magnetic material, a magnetic circuit, measuring coils, the middle core of the magnetic circuit has an air gap through which the measuring channel passes, the magnetic circuit is located in a plane perpendicular to the axis of the measuring channel, symmetrically relative to its axis, measuring coils are wound at the ends of the middle core magnetic circuit adjacent to the measuring channel, characterized in that the magnetic circuit has a ring shape, measuring coils are installed in the recess sockets made at the ends of the middle rods of the magnetic core adjacent to the measuring channel, while the end surface of the middle rod facing the measuring channel is pointed or made in the form of a hemisphere.

Description

Полезная модель относится к области оружейной техники, а более конкретно к универсальным баллистическим установкам (стендам) различного типа (пневматическим, пороховым, электротермохимическим или легкогазовым баллистическим установкам), предназначено для баллистических исследований и экспериментов, может быть использовано при испытаниях метательных зарядов, метаемых элементов и стволов служит для определения скорости метаемого элемента на дульном срезе метательного устройства при выстреле.The utility model relates to the field of weapons technology, and more specifically to universal ballistic installations (stands) of various types (pneumatic, powder, electrothermochemical or light gas ballistic installations), is intended for ballistic research and experiments, can be used in testing propelling charges, missile elements and trunks is used to determine the speed of the missile element on the muzzle of the propelling device when fired.

Известно «Устройство для определения дульной скорости снаряда» патент RU 2204111 от 12.27.2000 г., сущность изобретения заключается в том, что в качестве измерительной базы используется длина пули или снаряда, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы через фотоэлектрические измерительные сечения. Устройство содержит фотопреобразовательные блоки измерения времени пролета снарядом измерительной базы. Блоки размещены на конце оружейного ствола в двух корпусах, установленных на плитах, притянутых к стволу болтовыми соединениями. Блоки залиты вибро-, ударостойким компаундом и размещены в верхнем и нижнем корпусах и имеют возможность измерения времени пролета измерительной базы путем формирования с помощью блока фотопреобразователя первого сигнала при прерывании луча света передней кромкой снаряда и второго сигнала при выходе снаряда из ствола за счет открытия луча света к фотопреобразователю, при этом в качестве измерительной базы испадьзуется длина пули или снаряда. Недостатком данного технического решения является зависимость от оптической проницаемости каналов измерения, чувствительности оптических каналов измерения к светящимся газам которые могут прорываться из заснарядного объема.The device for determining the muzzle velocity of a projectile is known, patent RU 2204111 of 12.27.2000, the essence of the invention lies in the fact that the length of a bullet or projectile is used as a measuring base, and the speed of departure from the barrel is determined by measuring the time the measuring base passes through photovoltaic measuring sections. The device contains photoconversion units for measuring the time of flight of a projectile measuring base. Blocks are placed at the end of the gun barrel in two buildings mounted on plates pulled to the barrel by bolted joints. The blocks are filled with vibration- and shock-resistant compound and are located in the upper and lower cases and have the ability to measure the time of flight of the measuring base by forming with the help of the photoconverter unit the first signal when the light beam is interrupted by the front edge of the projectile and the second signal when the projectile leaves the barrel due to the opening of the light beam to the photoconverter, while the length of the bullet or projectile is lost as a measuring base. The disadvantage of this technical solution is the dependence on the optical permeability of the measurement channels, the sensitivity of the optical measurement channels to luminous gases that can erupt from the projectile volume.

Известно устройство «Прибор и способ вычисления дульной скорости» патент США 6064196 от 31.12.1997 г., сущность изобретения заключается в том, что в качестве измерительной базы используются катушки, установленные на срезе ствола, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы подмагниченным метаемым элементом. При прохождении метаемым элементом измерительного сечения катушки, формируется сигнал в соответствии с заданным пороговым значением определяются характерные точки. По ним определяется время прохождения метаемого элемента между измерительными сечениями. При условии, что расстояние между измерительными сечениями известно, вычисляется скорость метаемого элемента. Недостатком данного технического решения является необходимость использования подмагниченного метаемого элемента, что обусловлено низкой чувствительностью предлагаемого устройства. По той же причине авторы вынуждены использовать усилитель в схеме обработки сигнала.The device “Device and method for calculating muzzle velocity” is known, US Pat. base magnetized throwing element. When a measuring element passes through the measuring section of the coil, a signal is generated in accordance with a given threshold value, characteristic points are determined. They determine the travel time of the missile element between the measuring sections. Provided that the distance between the measuring sections is known, the speed of the missile element is calculated. The disadvantage of this technical solution is the need to use a magnetized throwing element, due to the low sensitivity of the proposed device. For the same reason, the authors are forced to use an amplifier in a signal processing circuit.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является «Датчик положения и скорости перемещения быстро движущихся тел» Патент (RU 2331891), выбранный за прототип. Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел, включающий корпус из высокоомного немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки, магнитопровод выполнен в форме закрытой буквы Ш, средний стержень которого имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси в неэлектропроводном материале, например мастике, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, постоянные магниты присоединяются к противоположным концам среднего стержня одноименными полюсами относительно оси стержня, но противоположными полюсами относительно измерительного канала. Принцип работы такого датчика основан на замыкании (движущееся тело - ферромагнетик) или размыкании (движущееся тело - диамагнетик) магнитной цепи магнитопровода, что приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе и, в свою очередь, появлению ЭДС на измерительной катушке. Описанный выше датчик с магнитопроводом в виде закрытой буквы Ш имеет недостаточно высокий уровень полезного сигнала, так как форма магнитопровода и исполнение средних стержней на которые намотаны измерительные катушки не позволяет обеспечить максимум напряженности магнитного поля в измерительном сечении.Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed object is the "Position sensor and speed of movement of fast moving bodies" Patent (RU 2331891), selected for the prototype. The position and velocity sensor of fast-moving bodies, including a housing of high-resistance non-magnetic material, a magnetic circuit, measuring coils, a magnetic circuit is made in the form of a closed letter Ш, the middle core of which has an air gap through which the measuring channel passes, the magnetic circuit is located in a plane perpendicular to the axis of the measuring channel symmetrically about its axis in a non-conductive material, such as mastic, measuring coils are wound at the ends of the middle core of the magnetic circuit and adjacent to the measuring channel, the permanent magnets are attached to opposite ends of the middle bar like poles relative to the shaft axis but opposite poles relative to the measuring channel. The principle of operation of such a sensor is based on the closure (moving body - ferromagnet) or opening (moving body - diamagnet) of the magnetic circuit of the magnetic circuit, which leads to a change in magnetic flux in the magnetic circuit and, in turn, the appearance of an EMF on the measuring coil. The sensor described above with a magnetic circuit in the form of a closed letter Ш does not have a sufficiently high level of the useful signal, since the shape of the magnetic circuit and the design of the middle rods on which the measuring coils are wound does not allow maximum magnetic field strength in the measuring section.

Задачей изобретения является повышение уровня полезного сигнала на измерительных катушках датчика дульной скорости.The objective of the invention is to increase the level of the useful signal on the measuring coils of the muzzle velocity sensor.

Поставленная задача решается следующим способом. Датчик дульной скорости, включающий корпус из немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки, средний стержень магнитопровода имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, магнитопровод имеет форму кольца, измерительные катушки установлены в углублениях выполненных на концах средних стержней магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, торцевая поверхность среднего стержня, обращенная к измерительному каналу заострена либо выполнена в виде полусферы. Предлагаемые технические решения позволили значительно увеличить амплитуду полезного сигнала при сохранении массогабаритных характеристик прибора. Увеличить помехозащищенность в экспериментах по электротермохимической технологии метания. Измерять скорость подкалиберных метаемых элементов без дополнительных манипуляций. Надежно регистрировать скорость метаемого элемента в экспериментах с использованием присоединенного заряда.The problem is solved in the following way. The muzzle velocity sensor, including a housing made of non-magnetic material, a magnetic circuit, measuring coils, the middle core of the magnetic circuit has an air gap through which the measuring channel passes, the magnetic circuit is located in a plane perpendicular to the axis of the measuring channel, symmetrically relative to its axis, measuring coils are wound at the ends of the middle core magnetic circuit adjacent to the measuring channel, the magnetic circuit has a ring shape, measuring coils are installed in recesses made on ah average magnetic rods adjacent to the measuring channel, the end surface of the middle rod facing the sharpened measuring channel or is formed as a hemisphere. The proposed technical solutions have significantly increased the amplitude of the useful signal while maintaining the overall dimensions of the device. To increase noise immunity in experiments on electrothermochemical throwing technology. Measure the speed of sub-caliber throwing elements without additional manipulations. Reliably record the speed of the missile element in experiments using the attached charge.

Техническая сущность полезной модели поясняется рисунками:The technical essence of the utility model is illustrated by the drawings:

Фиг. 1. Напряженность магнитного поля в измерительном сечении.FIG. 1. The magnetic field strength in the measuring section.

Фиг. 2. Конструкция магнитопровода датчика дульной скорости.FIG. 2. The design of the magnetic circuit of the muzzle velocity sensor.

Сущность полезной модели сводится к следующему, получить максимум напряженности магнитного поля в измерительном сечении без увеличения массогабаритных характеристик датчика. Оптимизация магнитной системы датчика дульной скорости, как и в случае [4] требует изменения формы и конструкции магнитопровода. Для решения поставленной задачи необходимо использовать магниты с наибольшей остаточной магнитной индукцией, например неодимовые. Форма магнитопровода в виде закрытой буквы Ш (Фиг. 1. а) не позволяет в полной мере реализовать имеющийся потенциал. Как показало моделирование процесса прохождения метаемого элемента по измерительному сечению, форма магнитопровода в виде кольца, как показано на (Фиг. 1. б), позволяет увеличить напряженность магнитного поля в измерительном сечении на 15%. Полученные результаты хорошо соотносятся с [5]. Углубления на средних стержнях, в местах на которые осуществляется намотка измерительных катушек Фиг. 2. позволяют сократить площадь воздушного зазора и повысить напряженность магнитного поля в измерительном сечении. Выполнение торцевой поверхности средних стержней обращенной к измерительному каналу в виде конуса либо полусферы Фиг. 2. обеспечивает тот же эффект. Перечисленные технические решения позволяют обеспечить получение технического результата - значительное увеличение амплитуды полезного сигнала. Накопленный эксперементальный материал показывает, что амплитудное значение полезного сигнала с измерительных катушек в случае исполнения магнитопровода в виде закрытой буквы Ш (Фиг. 1. а.) не превышает 870 мВ. В случае, если конфигурация магнитопровода имеет форму кольца (Фиг. 1. б.), амплитудное значение достигает 3,6 В при равных прочих условиях эксперимента. Вследствие увеличения амплитуды полезного сигнала становится возможным увеличение порога запуска приборов регистрации и синхронизации в три раза. Этим обеспечивается помехозащищенность измерительной цепи, защита от ложных запусков, что особенно важно в электротермохимической схеме метания, когда зажигание метательного заряда ВВ инициируется разрядом генератора импульсных токов. Увеличение амплитуды полезного сигнала на измерительных катушках позволяет измерять скорость метаемых элементов, в том числе и подкалиберных. Ранее приходилось вводить в конструкцию метаемой сборки дополнительную деталь «метку» - диск либо кольцо, например из пермаллоя, либо предварительно намагничивать метаемый элемент. Принятые технические решения позволяют повысить достоверность измерений в схеме выстрела с присоединенным зарядом. Истекающие на срезе ствола (либо в процессе разгона метаемого тела по стволу) из заснарядного объема метающие газы имеют более высокую скорость и температуру. Истечение газов из заснорядного объема сопровождается формированием ударно волновых процессов, которые влияют на магнитную проницаемость зазора в измерительных сечениях датчика дульной скорости, как следствие идентифицировать полезный сигнал было затруднительно. Таким образом, в сравнении с прототипом предлагаемый датчик дульной скорости имеет увеличенную более чем в три раза амплитуду полезного сигнала при сохранении массогабаритных характеристик прибора.The essence of the utility model is as follows, to obtain the maximum magnetic field strength in the measuring section without increasing the overall dimensions of the sensor. Optimization of the muzzle velocity sensor magnetic system, as in the case of [4], requires a change in the shape and design of the magnetic circuit. To solve this problem, it is necessary to use magnets with the greatest residual magnetic induction, for example, neodymium. The shape of the magnetic circuit in the form of a closed letter Ш (Fig. 1. a) does not allow to fully realize the existing potential. As shown by the simulation of the passage of the projectile element along the measuring cross section, the shape of the magnetic circuit in the form of a ring, as shown in (Fig. 1. b), allows to increase the magnetic field strength in the measuring cross section by 15%. The results obtained are in good agreement with [5]. The recesses on the middle rods, in the places on which the measuring coils are wound, are illustrated in FIG. 2. allow to reduce the air gap and increase the magnetic field in the measuring section. The execution of the end surface of the middle rods facing the measuring channel in the form of a cone or hemisphere FIG. 2. provides the same effect. The listed technical solutions allow providing a technical result - a significant increase in the amplitude of the useful signal. The accumulated experimental material shows that the amplitude value of the useful signal from the measuring coils in the case of a magnetic circuit in the form of a closed letter Ш (Fig. 1. a.) Does not exceed 870 mV. If the configuration of the magnetic circuit has the shape of a ring (Fig. 1. b.), The amplitude value reaches 3.6 V under other conditions of the experiment. Due to an increase in the amplitude of the useful signal, it becomes possible to increase the threshold for triggering the recording and synchronization devices by a factor of three. This ensures the noise immunity of the measuring circuit, protection against false starts, which is especially important in the electrothermochemical throwing scheme, when the ignition of the propellant propellant is initiated by the discharge of a pulse current generator. Increasing the amplitude of the useful signal on the measuring coils allows you to measure the speed of the missile elements, including sub-caliber ones. Previously, it was necessary to introduce an additional detail “label” into the design of the missile assembly — a disk or a ring, for example from permalloy, or pre-magnetize the missile element. The adopted technical solutions allow to increase the reliability of measurements in the shot scheme with the attached charge. Flowing gases flowing out at a section of a barrel (or during acceleration of a missile body along the barrel) from a projectile volume have a higher speed and temperature. The outflow of gases from the out-of-order volume is accompanied by the formation of shock-wave processes that affect the magnetic permeability of the gap in the measuring sections of the muzzle velocity sensor; as a result, it was difficult to identify the useful signal. Thus, in comparison with the prototype, the proposed muzzle velocity sensor has an increased more than three times the amplitude of the useful signal while maintaining the overall dimensions of the device.

Это позволяет расширить область применения датчика дульной скорости.This allows you to expand the scope of the muzzle velocity sensor.

Увеличить помехозащищенность в экспериментах по электротермохимической технологии метания.To increase noise immunity in experiments on electrothermochemical throwing technology.

Измерять скорость подкалиберных метаемых элементов без дополнительных манипуляций.Measure the speed of sub-caliber throwing elements without additional manipulations.

Достоверно регистрировать скорость метаемого элемента в экспериментах с использованием присоединенного заряда.Reliably record the speed of the missile element in experiments using the attached charge.

Пример осуществления полезной модели показан на Фиг. 2. Магнитопровод состоящий из двух полуколец Фиг. 2. 1. выполненных, например из стали, средних стержней Фиг. 2. 2. выполненных, например из феррита, имеющих углубления в которые установлены измерительные катушки Фиг. 2. 3. Торцевая поверхность средних стержней обращенная к измерительному каналу заострена либо выполнена в виде полусферы. Магниты Фиг. 2. 4., например неодимовые, установленные в магнитопровод полюсами в соответствии с Фиг.2. а. формируют магнитный поток в измерительном зазоре датчика дульной скорости Фиг. 1. б. Обмотки измерительных катушек Фиг. 2. 3. могут содержать по 140 витков и обладать внутренним сопротивлением, например 300 Ом. Форма магнитопровода в виде кольца, как показано на (Фиг. 1. б), позволяет увеличить напряженность магнитного поля в измерительном сечении на 15%. Углубления в средних стержнях в местах на которые осуществляется намотка измерительных катушек, позволяют сократить площадь воздушного зазора. Как следствие еще повысить напряженность магнитного поля в измерительном сечении. Выполнение торцевой поверхности средних стержней обращенной к измерительному каналу в виде конуса либо полусферы обеспечивает тот же эффект. При прохождении через датчик, металлические элементы метаемого тела взаимодействуют с магнитным полем измерительных сечений, в результате чего в измерительных катушках возникает ЭДС индукции. Электрические сигналы фиксируются, например осциллографом. Поскольку в предлагаемой конструкции магнитопровода напряженность магнитного поля в измерительном канале значительно выше, как следствие, в момент прохождения метаемого тела по измерительному сечению ЭДС наводимое на измерительной катушке будет значительно выше.An example implementation of a utility model is shown in FIG. 2. Magnetic circuit consisting of two half rings FIG. 2. 1. made, for example, of steel, of the middle rods of FIG. 2. 2. made, for example, of ferrite, having recesses in which measuring coils are installed FIG. 2. 3. The end surface of the middle rods facing the measuring channel is pointed or made in the form of a hemisphere. Magnets FIG. 2. 4., for example, neodymium, installed in the magnetic circuit poles in accordance with Figure 2. but. form a magnetic flux in the measuring gap of the muzzle velocity sensor FIG. 1. b. Windings of the measuring coils FIG. 2. 3. can contain 140 turns and have an internal resistance, for example 300 Ohms. The shape of the magnetic circuit in the form of a ring, as shown in (Fig. 1. b), allows to increase the magnetic field strength in the measuring section by 15%. The recesses in the middle rods in the places on which the measuring coils are wound, reduce the air gap. As a result, the magnetic field strength in the measuring section is still increased. The execution of the end surface of the middle rods facing the measuring channel in the form of a cone or hemisphere provides the same effect. When passing through the sensor, the metal elements of the missile body interact with the magnetic field of the measuring cross sections, as a result of which an induction emf appears in the measuring coils. Electrical signals are detected, for example, by an oscilloscope. Since in the proposed design of the magnetic circuit, the magnetic field in the measuring channel is much higher, as a result, at the time of the passage of the missile body along the measuring cross section of the EMF induced on the measuring coil will be much higher.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. «Устройство для определения дульной скорости снаряда», патент RU 2204111, от 12.27.2000 г, Адамович Б.А., Дербичев Ахмет Гири Бамат Гиреевич, Дудов В.И., Кобяков Д.П., Трубицын А.П.1. "Device for determining the muzzle velocity of a projectile", patent RU 2204111, from 12.27.2000 g, Adamovich B.A., Derbichev Akhmet Giri Bamat Gireyevich, Dudov V.I., Kobyakov D.P., Trubitsyn A.P.

2. «Аппарат и способ расчета начальной скорости», патент США 6064196, от 31.12.1997 г., Richard P. Oberlin, Doug R. Cullison2. "The apparatus and method for calculating the initial speed", US patent 6064196, dated December 31, 1997, Richard P. Oberlin, Doug R. Cullison

3. «Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел», патент RU 2331891, Хоменко Ю.П., Барышев М.С, Федосов О.Ю., Ищенко А.Н.3. “Position and velocity sensor of fast-moving bodies”, patent RU 2331891, Khomenko Yu.P., Baryshev M.S., Fedosov O.Yu., Ischenko A.N.

4. «Постановка задачи оптимизации магнитной системы датчика скорости в приборах контроля параметров удара машин и механизмов ударного действия», Н.В. Захарова, А.С. Татевосян, Материалы VIII Международной научно-технической конференции «ДИНАМИКА СИСТЕМ, МЕХАНИЗМОВ И МАШИН», 2012 г.4. “The statement of the problem of optimization of the magnetic system of the speed sensor in devices for controlling the parameters of impact of machines and mechanisms of impact”, N.V. Zakharova, A.S. Tatevosyan, Materials of the VIII International Scientific and Technical Conference "DYNAMICS OF SYSTEMS, MECHANISMS AND MACHINES", 2012

5. «Компьютерное моделирование магнитного поля индукционного бесконтактного датчика скорости вращения и расчет выходного сигнала», А.П. Попов, А.А. Моисеенко, Омский научный вестник №3 2009 г. С. 188-191.5. “Computer simulation of the magnetic field of an induction non-contact speed sensor and calculation of the output signal”, A.P. Popov, A.A. Moiseenko, Omsk Scientific Bulletin No. 3 of 2009, pp. 188-191.

Claims

The muzzle velocity sensor, including a housing made of non-magnetic material, a magnetic circuit, measuring coils, the middle core of the magnetic circuit has an air gap through which the measuring channel passes, the magnetic circuit is located in a plane perpendicular to the axis of the measuring channel, symmetrically relative to its axis, measuring coils are wound at the ends of the middle core magnetic circuit adjacent to the measuring channel, characterized in that the magnetic circuit has a ring shape, measuring coils are installed in the recess sockets made at the ends of the middle rods of the magnetic core adjacent to the measuring channel, while the end surface of the middle rod facing the measuring channel is pointed or made in the form of a hemisphere.