Algunas características técnicas del uso de equipos para medir la velocidad de la bala.
Sergey Ivanovich PETROV
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL USO DEL EQUIPO PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE LA BALA
Al realizar exámenes balísticos en ciencia forense, desarrollar y probar muestras de armas pequeñas y de artillería, surge la necesidad de medir las velocidades de proyectiles y balas. Existen métodos de medición universales y especiales que se basan en el uso de equipos con diferencias significativas en la capacidad de resolver diversos tipos de problemas científicos y técnicos.
Los métodos de medición universales incluyen la fotografía de alta velocidad y la radiografía pulsada. Los equipos utilizados (cámaras ópticas de alta velocidad como SFR, ZhLV-2, VSK, VFU-1 y dispositivos de pulsos de rayos X como MIRA-5B/1, PIR-600A) permiten una amplia gama de investigaciones científicas y técnicas. medidas. El uso de este equipo para medir velocidades no está muy extendido debido a que el equipo es bastante caro y la precisión de la medición no siempre corresponde al propósito previsto.
Actualmente, la mayor aplicación se encuentra en métodos especiales para medir velocidades, utilizando equipos especialmente diseñados para medir velocidades con características metrológicas y operativas específicas (tipo de dispositivo de disparo, rango de velocidades medidas, error de medición, tiempo de preparación para repetir el experimento, vida útil). ). p>
Los métodos especiales de medición de velocidad utilizan dos principios de medición básicos:
- medición del cambio de frecuencia de la señal reflejada por un cuerpo en movimiento en relación con la frecuencia de la señal principal (efecto Doppler);
- medición del intervalo de tiempo entre las señales de los sensores de vuelo de la bala (proyectil), espaciadas por el tamaño de la base de medición.
Los velocímetros Doppler son complejos de medición complejos y costosos (como el complejo de medición Ariel), adecuados para medir velocidades en áreas de balística interna y externa. Como regla general, estos medidores se utilizan en trabajos de investigación como parte de sistemas de medición con procesamiento de resultados por computadora y actualmente tienen una distribución limitada.
Velocímetros con una base de medición fija, en A su vez, por tipología se dividen en dos grandes grupos:
contacto:
- disco;
- marco (para romper o cortocircuitar el circuito de medición);
- carga;
sin contacto:
- óptico (LED o láser) ;
- inductivo;
- inducción (magnética y electromagnética).
Este artículo analiza únicamente los medidores de intervalos de tiempo especiales con una base de medición fija, ya que son los más utilizados en tecnología experimental.
MEDIDORES DE VELOCIDAD DE TIPO DE CONTACTO
Medidores de velocidad de disco
Un medidor de velocidad de disco es un sistema de dos que giran uniformemente discos de paredes delgadas, pero bastante rígidos, ubicados en un eje común y espaciados según el tamaño de la base de medición.
La bala, cuyo movimiento se produce paralelo al eje de rotación de los discos, perfora secuencialmente primero el primero y luego el segundo. Durante el tiempo que la bala recorre la distancia entre discos, el segundo disco gira un cierto ángulo. Conociendo la magnitud de la velocidad angular y la distancia entre los discos, puedes calcular la velocidad de la bala.
Las desventajas de un sistema de medición de este tipo incluyen: mayores requisitos para la uniformidad de rotación de los discos (se requiere un dispositivo de estabilización de velocidad), error adicional debido al efecto dinámico en el sistema cuando una bala golpea el disco y su deformación durante la penetración. proceso, una disminución en la velocidad de la bala en el proceso de perforar el primer disco, una gran cantidad de consumibles, inconvenientes de operación y un tiempo de preparación significativo para mediciones repetidas.
Este sistema de medición de velocidad no tiene ventajas obvias y no se ha generalizado.
Metros de fotograma
Los velocímetros de marco generalmente constan de dos marcos de objetivo planos separados por el tamaño de la base de medición. Los objetivos de ariete pueden estar hechos de alambre fino o lámina metálica. El principal requisito de diseño para los marcos es un estiramiento mínimo en el momento de la ruptura (cierre).
Los marcos están incluidos en los correspondientes circuitos eléctricos por los que pasa la corriente eléctrica. La bala (proyectil) rompe a su vez cada una de las cadenas. En los puntos de recogida de señales se producen sobretensiones potenciales que, en consecuencia, inician y detienen el dispositivo de lectura (frecuencímetro en modo temporizador). Estos marcos de objetivo funcionan para romperse.
Los objetivos de marco que funcionan para cerrarse generalmente están hechos de dos láminas de lámina metálica delgada, aisladas eléctricamente entre sí por una lámina delgada de material dieléctrico (polietileno). , papel, etc.). La bala cierra alternativamente las placas del primer y segundo marco objetivo, formando, respectivamente, los circuitos para iniciar y detener el cronómetro.
Las ventajas de los sistemas de medición de velocidad de cuadros son la simplicidad de diseño y el bajo costo, la alta inmunidad al ruido y las características metrológicas cuando se trabaja en grandes bases de medición. Al mismo tiempo, se pueden señalar como desventajas las siguientes: una gran cantidad de consumibles, un tiempo de preparación significativo para mediciones repetidas, error adicional debido a la deformación del sensor en el momento de la interacción con la bala.
Los medidores de velocidad de cuadro se han vuelto bastante comunes en los laboratorios y campos de pruebas, especialmente cuando se trabaja con proyectiles y granadas para sistemas de artillería.
Medidores de carga
Los medidores de velocidad de carga son un desarrollo adicional de los sistemas de medición de cuadros. Su trabajo se basa en el siguiente principio físico.
Los sensores de inicio y parada del temporizador son un sistema de dos canales que consta de un receptor de carga y amplificadores de carga. El receptor de carga es una placa de metal delgada fijada en la trayectoria balística perpendicular a la trayectoria de la bala. Un amplificador de carga es un dispositivo que convierte un cambio de carga en el receptor de carga en un cambio de potencial en la entrada del temporizador.
Una bala electrificada en vuelo en el aire, acumula una carga eléctrica Q, cuya magnitud depende principalmente de sus dimensiones y forma geométricas, es decir sobre su propia capacitancia C1 y el valor de la diferencia de potencial electrostático U1:
Q = U1 • C1
El receptor de carga también tiene su propia capacitancia C2. En el momento en que la bala toca el primer receptor de carga, se forma un sistema “receptor de carga bala” con capacidad C:
C = C1+ C2
La carga eléctrica acumulada por la bala se redistribuye entre la bala y el receptor de carga, y se forma un potencial de sobretensión dU en la entrada del amplificador de carga:
dU = U1 – U2, donde U2 = Q/(C1+ C2)
La señal se amplifica y se envía a la entrada de inicio del temporizador. El segundo canal (parada del temporizador) funciona de manera idéntica.
Manteniendo todas las características principales de los sistemas de marco, el medidor de velocidad de carga tiene un error de medición significativamente menor debido al hecho de que la posición espacial de la bala en el momento en que el frecuencímetro arranca y se detiene (el momento en que la bala toca el receptor de carga) se determina con la mayor precisión posible, independientemente de una mayor deformación del receptor de carga. Y por tanto, es posible utilizar una base de medición de una longitud mucho más corta.
Los velocímetros de carga no se han generalizado, ya que han sido sustituidos por velocímetros de tipo sin contacto, que son más preferibles en funcionamiento.
medidores de velocidad de tipo sin contacto
Medidores ópticos
Los velocímetros ópticos funcionan según el principio de bloqueo fotoeléctrico y normalmente se fabrican en forma de un sistema que consta de dos planos ópticos de medición separados por el tamaño de la base de medición.
Dependiendo de el método de formación de los planos ópticos los medidores ópticos se dividen en LED y láser.
En los medidores LED (foto 1), el plano óptico está formado por una línea de LED (emisor) y un Línea de fotodiodos (receptor de radiación), instalados en soportes con finas rendijas transmisoras de luz.
Foto 1. Velocímetro óptico
Una bala, al pasar por el plano óptico, debilita el flujo de luz que llega al fotodetector, como resultado de lo cual La señal se forma en la salida del dispositivo electrónico para iniciar (detener) el temporizador.
En los medidores láser, el plano óptico se forma mediante la reflexión repetida del haz de un emisor láser de tal manera que el paso de la rejilla del haz es menor que el calibre mínimo de la bala, y el haz, reflejado repetidamente desde un sistema de espejos o prismas de espejos, incide en el fotodetector. Una bala, al atravesar el plano óptico en cualquier parte del mismo, interrumpe completamente el flujo luminoso que llega al fotodetector, que activa el circuito electrónico para generar una señal de inicio (parada) del temporizador.
Los velocímetros ópticos se caracterizan por su alta productividad, disponibilidad constante para el trabajo, no requieren consumibles y operan en una amplia gama de velocidades.
Una desventaja significativa de estos medidores es el posible error significativo de medición, especialmente en el caso de trabajos con sistemas de cañón con mala obturación de los gases de pólvora en el orificio del cañón (cañón desgastado o cañón hecho en casa) o en el caso de la formación de una intensa balística. Onda de choque que se propaga delante del cuerpo volador con una velocidad diferente. En ambos casos, la interrupción del flujo luminoso no la realiza una bala, sino un frente de turbulencia (onda de choque), que se mueve en el espacio a velocidad variable y que tiene una relación indirecta con la velocidad de la propia bala. Además, en varios casos en un experimento, es posible que el flujo de luz en un plano óptico pueda ser interrumpido por un frente de turbulencia y en otro plano por la propia bala.
Además, la desventaja de estos medidores es la necesidad de realizar un mantenimiento preventivo de las unidades ópticas. Un rasgo característico de los medidores láser es su costo relativamente alto.
Sin embargo, los medidores de velocidad LED se han generalizado bastante, en particular el FEB-7, como equipo básico de los laboratorios de pruebas.
Los medidores láser aún no están disponibles comercialmente.
Medidores inductivos
El principio de funcionamiento de los velocímetros inductivos se basa en cambiar la inductancia de las bobinas de medición, que son sensores de paso de bala.
A medida que una bala pasa dentro de la bobina, su inductancia disminuye debido al efecto de blindaje (para balas hechas de metales no ferrosos) o aumenta debido a la derivación magnética (para balas con núcleo de acero). La bobina de medición está incluida en el circuito oscilatorio del oscilador maestro, que en consecuencia cambia la frecuencia de las oscilaciones generadas. Un discriminador de frecuencia convierte un cambio en la frecuencia de la señal del oscilador maestro en un cambio en el voltaje de la señal de salida. El generador de impulsos de arranque (parada) de salida funciona directamente en el temporizador.
La base de medición es igual a la distancia entre los centros geométricos de los campos magnéticos de las bobinas de medición.
Los velocímetros inductivos se caracterizan por tener parámetros de rendimiento más altos que los ópticos, pero tienen un error de medición importante y son muy sensibles a las interferencias electromagnéticas y mecánicas (vibraciones, golpes, etc.). Recibió distribución limitada.
Medidores de inducción
Los medidores de velocidad de inducción implementan lo mismo El principio de medición de la velocidad es la medición de un intervalo de tiempo sobre una base de medición fija. El diseño y el principio de funcionamiento de los sensores de velocidad difieren de otros medidores sin contacto.
Los medidores de inducción se dividen en magnéticos y electromagnéticos. En un medidor magnético, el sensor se basa en un imán permanente, y en un medidor electromagnético, en un electroimán (foto 2). El principio de funcionamiento de ambos diseños de sensores es similar.
El sensor tiene su propio campo magnético (en la versión electromagnética, el campo es creado por la corriente de polarización). Una bala que vuela dentro de la bobina del sensor (anillo magnético) crea un cambio en el patrón del campo magnético del sensor. Si la bala está hecha de material magnético, entonces la principal contribución al cambio en el campo magnético del sensor la realiza el efecto de la derivación magnética. Si la bala está hecha de un material no magnético (cobre, plomo), entonces el cambio en el campo magnético del sensor se produce debido a la introducción del campo magnético de la bala en él. El campo magnético de la bala es secundario (inducido por las corrientes de Foucault resultantes).
Foto 2. Medidor de velocidad de inducción
Un cambio en el campo magnético del sensor provoca interferencias en el devanado de señal del imán o en el devanado de polarización del electroimán. Estos captadores son una señal útil que transmite información sobre el paso de una bala a través del plano de medición del sensor de velocidad. A continuación, las señales se amplifican, comparan y convierten en pulsos rectangulares de una amplitud y duración determinadas (pulsos de inicio y parada del temporizador).
La principal ventaja de los velocímetros inductivos en comparación con los inductivos y ópticos es que los niveles de salida de las señales del sensor alcanzan unidades y decenas de voltios, lo que permite seleccionar un umbral de comparación significativo y, en última instancia, operar de manera confiable a un alto nivel de interferencia externa. Además, los frentes de turbulencia que acompañan al proceso de disparar y hacer volar una bala no tienen un impacto negativo en la precisión de las mediciones.
La principal desventaja de los velocímetros de inducción radica en el principio mismo de recibir la señal: la señal de salida del sensor de velocidad es directamente proporcional a la velocidad de la bala. Esto limita su uso para medir velocidades bajas (la velocidad mínima medida es de varias decenas de metros por segundo) y las mediciones estáticas quedan completamente excluidas.
Debido a que en la gran mayoría de En los casos en que es necesario medir velocidades de bala en el rango de 90 … 100 m/s y superiores, los velocímetros de inducción se están convirtiendo en la dirección más prometedora para resolver el problema de la medición de alta precisión de velocidades de bala de 4,5 … 14,5 calibres mm.