CH636966A5 - Ballistische messanordnung mit lichtschranke zur bestimmung des durchflugzeitpunktes eines geschosses. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ballistische Messungen, insbesondere an am Heck abgestumpften Geschossen, mit einer Lichtschranke und einer elektrischen Auswerteschaltung, wobei der präzise Durchflugszeitpunkt durch die Lichtschranke vom Austritt eines Geschosses aus dem Lichtband der Lichtschranke bestimmt wird.

Es sind Anordnungen für ballistische Messungen, wie zum Ermitteln der Geschwindigkeit von Geschossen, mit Lichtschranken, insbesondere Laserlichtschranken bekannt. Bei einer bekannten Anordnung DT-OS 26 10 708 wird die Abschattung des Lichtvorhanges beim Durchtritt des Geschosses und die daraus resultierende Änderung des Fotosignals am Ausgang eines Fotoempfängers zur Ein- bzw. Abschaltung eines Zeitzählers herangezogen. Aufgrund der Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt in einen ersten Lichtvorhang (Einschaltsignal für den Zeitzähler) und dem Eintritt in einen zweiten Lichtvorhang (Ausschaltsignal für den Zeitzähler) kann die Geschossgeschwindigkeit ermittelt werden. Das durch die Abschattung erzeugte Fotosignal hat einen Kurvenverlauf, der von der Geometrie des Geschosses abhängig ist. Dem Kurvenverlauf der Lichtintensität entspricht dabei der im Fotoempfänger erzeugte Fotostrom.

Durch den Kurvenverlauf der Lichtintensität ist jedoch der Durchtrittszeitpunkt des Geschosses durch den Lichtvorhang nicht präzise definiert. Wegen der Länge des Geschosses vergeht vom Eintritt des Geschosses in den Lichtvorhang bis zu seinem Austritt eine bestimmte Zeit, während der die Ein- bzw. Ausschaltung des angeschlossenen Zeitzählers erfolgt. Im Aus-mass dieser Durchflugzeit ist also der Schaltzeitpunkt Undefiniert.

Des weiteren sind Anordnungen für ballistische Messungen bekannt (US-PS 2 409 672), bei denen der präzise Durchflug-zeitpunkt durch die Lichtschranke vom Austritt des Geschosses aus dem Lichtband bestimmt wird.

Das beim Flug des Geschosses durch die Lichtschranke entstehende Signal wird zunächst differenziert, und anschliessend wird das differenzierte Signal durch zwei Kippstufen getriggert, d.h. das bereits einmal abgeleitete Signal wird ein zweites Mal abgeleitet.

Da das bereits differenzierte Signal ausgewertet wird, muss man von einem schlechteren Nutz/Störsignalverhältnis ausgehen, als beim Originalsignal. Besonders bei kleinen Kalibern ist das sehr nachteilig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für ballistische Messungen mit einer Lichtschranke zu schaffen, bei der der Durchflugzeitpunkt und damit der Schaltzeitpunkt präzise bestimmt und exakt reproduziert sind.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht in der im Anspruch 1 gekennzeichneten Anordnung.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass durch das Auswerten der steilsten Hanke der Intensitätsänderungs-kurve der Schaltzeitpunkt exakt eingestellt werden kann. Die steilste Hanke ergibt sich bei den üblichen - am Heck abgestumpften - Geschossen beim Austritt aus dem Lichtband.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird demnach das Originalsignal der Lichtintensitätskurve ausgewertet, indem die Original-Intensitätskurve an der Stelle getriggert wird, an der der Differentialquotient sein Maximum hat. Es wird also die erste Ableitung gebildet, was ein optimales Netz/Störsignalverhältnis ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Geschossen dienende Anordnung für ballistische Messungen mit Lichtschranke und Auswerteschaltung,

Fig. 2 ein Geschoss in bekannter Bauform,

Fig. 3 ein Schaubild des Lichtintensitätsverlaufes über die Zeit,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer elektrischen Auswerteschaltung für eine Messanordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel für Hochpass, Spannungsteiler und Amplitudenspeicher in der in Fig. 4 gezeigten Auswerteschaltung.

In der Figur 1 ist eine Reflexlichtschranke zur Geschwindigkeitsmessung von Geschossen G dargestellt. Eine Laserlichtquelle L liefert einen Laserstrahl LS, der durch optische Elemente T, Zj und Z2 in ein schmales Laserlichtband LSX aufgeweitet ist. An Spiegeln Ux und U2 wird das Laserlichtband LSj und LS2 mit genau festgelegtem Abstand s entstehen. Das Laserlichtband LS2 ist über eine Zylinderlinse Z3 einem Fotoempfänger P zugeführt, dessen analoge Ausgangssignale in einer Auswerteschaltung A zu Rechteckimpulsen J: und J2 umgeformt werden. Der Ausgang der Auswerteschaltung A ist an einem elektronischen Zähler Z angeschlossen, der jeweils beim Auftreten eines Impulses Jj gestartet und beim Auftreten eines Impulses J2 gestoppt wird. Die gemessene Zeit t ist bei gegebenem Abstand s der Lichtbänder LSls und LS2 ein Mass für die Geschwindigkeit des Geschosses G.

Ein in der Figur 2 dargestellte Geschoss G weist eine Form auf, die bei der Mehrzahl von Geschossen gebräuchlich ist. Die Geschosse haben eine nach vorn spitz zulaufende Form, während das Geschossheck weitgehend stumpf geformt ist.

Beim Hug eines derartigen Geschosses G durch ein schmales Laserlichtband einer Lichtschranke ergibt sich im Prinzip der in Figur 3 dargestellte Verlauf der Lichtintensität J* über der Zeit. Dabei gibt tein den Zeitpunkt an, bei dem das Geschoss G in das Lichtband zu tauchen beginnt. Mit taus ist der Zeitpunkt des Austrittes des Geschossheckes aus dem Lichtband bezeichnet. A J* max kennzeichnet die maximale Änderung der Ampli2

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tude. Diesem Intensitätsverlauf entspricht der im nachgeschalteten Fotoempfänger LD erzeugte Fotostrom.

Für die den Fotostrom zu einem Ausgangssignal verarbeitende Auswerteschaltung ist ein Blockschaltbild in Figur 4 gezeigt. Das vom Fotoempfänger LD kommende Signal wird in einem Hochpass HP gefiltert. Dadurch erreicht man, dass Störsignale mit niedrigem Differentialquotienten das Messergebnis nicht verfälschen. Derartige Störsignale können zum Beispiel durch Modulation der Lichtschrankenlichtquelle (Netzfrequenz), Erschütterungen des mechanischen Aufbaues, Fremdlicht u.a. hervorgerufen werden. Das im Hochpass HP gefilterte Signal wird aufgezweigt und einerseits direkt dem einen Differenzeingang eines Schmitt-Triggers TR zugeführt, andererseits wird das gefilterte Signal einem Amplitudenspeicher AS mit Spannungsteiler ST zugeführt und gelangt über diese Schaltungselemente an den anderen Differenzeingang des Schmitt-Triggers TR. Zur Vermeidung von Fehlschaltungen weist der Schmitt-Trigger eine Hysterese auf, durch die Reststörsignale nicht verarbeitet werden.

Im Amplitudenspeicher AS wird der Amplitudenwert A J*max mindestens bis zum Zeitpunkt taus gespeichert. Der Spannungsteiler ST bildet die Referenzspannung für die Triggerschwelle. Diese Referenzspannung wird im allgemeinen auf ca. 50% von A J*max eingestellt, kann jedoch einfach speziellen Erfordernissen durch Verändern des Teilerverhältnisses ange-passt werden.

5 Die folgende Hankenauswahlschaltung FA erzeugt aus der taus-Flanke des Triggerausgangsignals einen Steuerimpuls f üf die Folgeelektronik (Zeitzähler Z).

In der Figur 5 ist eine Schaltung dargestellt, die Schaltungselemente des Hochpasses HP, des Spannungsteilers ST sowie io des Amplitudenspeichers AS enthält. Diese dargestellte Schaltung kann selbstverständlich wie z.B. mit einem Operationsverstärker als Amplitudenspeicher und dgl. realisiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf Geschwindigkeitsmessungen für Geschosse beschränkt. Vielmehr kann eine solche Anordnung 15 mit Lichtschranke und Auswerteschaltung auch für andere ballistische Messungen, z.B. für die Hochgeschwindigkeitsfotografie verwendet werden, bei der dann der Ausgangsimpuls der Auswerteschaltung als auslösendes Signal für den Verschluss dient. Für Messungen, bei denen keine Geschwindigkeit von ballisti-20 sehen Objekten gemessen werden soll, und bei denen nur ein einzelner Impuls erzeugt werden soll, erübrigt sich die Umlen-kung des Lichtbandes durch Spiegel. Die weiteren Bauelemente werden in diesem Fall in der erforderlichen Weise angeordnet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

636 966 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung für ballistische Messungen, insbesondere an am Heck abgestumpften Geschossen, mit einer Lichtschranke und einer elektrischen Auswerteschaltung, wobei der präzise

D urchflugzeitpunkt durch die Lichtschranke vom Austritt eines Geschosses aus dem Lichtband der Lichtschranke bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lichtschranke ein Fotoempfänger (P; LD) vorhanden ist, um ein der beim Flug des Geschosses (G) durch die Lichtschranke (LS) erfolgenden Lichtintensitätsänderung (AJ*) entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, und dem Fotoempfänger (P; LD) zum Verarbeiten des elektrischen Signals die Auswerteschaltung (A) Nachgeschaltet ist, die derart eingerichtet ist, dass sie einen Ausgangsimpuls dann und nur dann abgibt, wenn der Differentialquotient ( ) der Lichtintensitätskurve (J*) sein Maximum hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (A) einen an einen Lichtdetektor (LD) angeschlossenen Hochpass (HP) und einen Schmitt-Trig-ger (TR) mit nachgeschalteter Hankenauswahlschaltung (FA) enthält, und der Hochpass zum einen direkt und zum anderen über einen Spannungsteiler (ST), und einen Amplitudenspeicher (AS), der den maximalen Amplitudenwert (AJ*max) der Lichtintensitätsänderung (A J*) speichert, mit dem Eingang des Schmitt-Triggers (TR) verbunden ist, wobei der Spannungsteiler (ST) geschaltet ist, um eine Referenzspannung von etwa 50% des maximalen Amplitudenwertes (A J*max) als Auslöseschwelle für den nachfolgenden Schmitt-Trigger (TR) und die Flankenauswahlschaltung (FA) zu erzeugen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (LS) eine Laserlichtschranke ist.