Чем замеряют скорость пули
Разделы сайта
Некоторые технические особенности использования оборудования для измерения скорости пули.
Петренко Е.С.
При проведении баллистических экспертиз в криминалистике, разработке и испытаниях образцов стрелкового и артиллерийского вооружения возникает необходимость измерения скоростей снарядов и пуль. Существуют универсальные и специальные методы измерений, которые основываются на использовании оборудования с существенными отличиями по возможностям решения различного рода научно-технических задач.
В настоящее время наибольшее применение нашли специальные методы измерения скоростей, использующие оборудование, специально разработанное для измерения скоростей с заданными метрологическими и эксплуатационными характеристиками (тип «стреляющего» устройства, диапазон измеряемых скоростей, погрешность измерений, время подготовки к повторному опыту, ресурс работы).
Допплеровские измерители скоростей представляют собой сложные и дорогостоящие измерительные комплесы (типа измерительного комплекса «Ариэль»), пригодные для измерения скоростей на участках внутренней и внешней баллистики. Как правило, такие измерители применяются в научно-исследовательских работах в составе измерительных комплексов с компьютерной обработкой результатов и в настоящее время имеют ограниченное распространение.
Измерители скоростей с фиксированной измерительной базой, в свою очередь, по типу делятся на две большие группы:
В данной статье рассматриваются только специальные измерители интервалов времени с фиксированной измерительной базой как получившие наиболее широкое распространение в экспериментальной технике.
1. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ КОНТАКТНОГО ТИПА.
1.1. Дисковые измерители.
Дисковый измеритель скорости представляет собой систему из двух равномерно вращающихся тонкостенных, но достаточно жестких дисков, находящихся на общем валу и разнесенных между собой на величину измерительной базы.
Пуля, движение которой происходит параллельно оси вращения дисков, последовательно пробивает сначала первый, затем второй диски. За время пролета пулей междискового расстояния второй диск поворачивается на некоторый угол. Зная величину угловой скорости и расстояние между дисками, можно вычислить скорость полета пули.
К недостаткам такой системы измерений можно отнести: повышенные требования к равномерности вращения дисков (необходимо устройство стабилизации скорости), дополнительную погрешность за счет динамического воздействия на систему при ударе пули по диску и их деформации в процессе пробития, снижение скорости пули в процессе пробития первого диска, большое количество расходных материалов, неудобство эксплуатации и значительное время подготовки к повторному измерению.
Очевидных преимуществ данная система измерений скорости не имеет и распространения не получила.
1.2. Рамочные измерители.
Рамочные измерители скорости состоят, как правило, из двух плоских рам-мишеней, разнесенных между собой на величину измерительной базы. Рам-мишени могут быть выполнены из тонкой проволоки или из металлической фольги. Основное конструктивное требование к рамкам – минимальное растяжение в момент разрыва (замыкания).
Рамки включены в соответствующие электрические цепи, по которым проходит электрический ток. Пуля (снаряд) поочередно разрывает каждую из цепей. В точках съема сигналов возникают броски потенциала, которые, соответственно, запускают и останавливают отсчетное устройство (частотомер в режиме таймера). Такие рам-мишени работают на разрыв.
Рам-мишени, работающие на замыкание, обычно выполнены из двух листов тонкой металлической фольги, электрически изолированных между собой тонким листом диэлектрического материала (полиэтилена, бумаги и т.п.). Пуля поочередно замыкает обкладки первой и второй рам-мишеней, формируя, соответственно, цепи запуска и остановки таймера.
Преимуществами рамочных систем измерения скоростей являются простота конструкции и низкая стоимость, высокие помехоустойчивость и метрологические характеристики при работе на больших измерительных базах. При этом в качестве недостатков можно отметить следующее: большое количество расходных материалов, значительное временя подготовки к повторному измерению, дополнительная погрешность за счет деформации датчика в момент взаимодействия с пулей.
Рамочные измерители скорости получили довольно широкое распространение в испытательных лабораториях и на полигонах, особенно при работе со снарядами и гранатами к артиллерийским системам.
1.3. Зарядовые измерители.
Зарядовые измерители скорости являются дальнейшим развитием рамочных систем измерения. Их работа основана на следующем физическом принципе.
Пуля, электризуясь в полете о воздух, накапливает электрический заряд Q, величина которого, в основном, зависит от ее геометрических размеров и формы, т.е. от собственной емкости C1 и величины электростатической разности потенциалов U1:
Приемник заряда также имеет собственную емкость C2. В момент касания пулей первого приемника заряда формируется система «пуля-приемник заряда» с емкостью C:
Электрический заряд, накопленный пулей, перераспределяется между пулей и приемником заряда, и на входе зарядового усилителя формируется бросок потенциала dU:
Сигнал усиливается и подается на вход запуска таймера. Второй канал (остановки таймера) работает идентично.
Сохраняя все основные характеристики рамочных систем, зарядовый измеритель скорости имеет существенно меньшую погрешность измерения в связи с тем, что пространственное положение пули в момент запуска и остановки частотомера (момент касания пулей приемника заряда) определяется с максимально возможной точностью независимо от дальнейшей деформации приемника заряда. И поэтому возможно использование измерительной базы гораздо меньшей длины.
Зарядовые измерители скорости не получили распространения, так как были вытеснены более предпочтительными в эксплуатации измерителями скорости неконтактного типа.
2. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ НЕКОНТАКТНОГО ТИПА
2.1. Оптические измерители.
Оптические измерители скорости работают на принципе фотоэлектрической блокировки и выполняются, как правило, в виде системы, состоящей из двух измерительных оптических плоскостей, разнесенных на величину измерительной базы.
В зависимости от способа формирования оптических плоскостей оптические измерители подразделяются на светодиодные и лазерные.
В светодиодных измерителях (фото 1) оптическая плоскость формируется светодиодной линейкой (излучатель) и фотодиодной линейкой (приемник излучения), установленными в обоймы с тонкими светопроницаемыми щелями.
Пуля, проходя через оптическую плоскость, ослабляет световой поток, приходящий на фотоприемник, в результате чего на выходе электронного устройства формируется сигнал запуска (остановки) таймера.
В лазерных измерителях оптическая плоскость формируется многократным отражением луча лазерного излучателя таким образом, чтобы шаг лучевой сетки был меньше минимального калибра пули, и луч, многократно отразившись от системы зеркал или зеркальных призм, попадал на фотоприемник. Пуля, проходя через оптическую плоскость в любой ее части, полностью прерывает световой поток, приходящий на фотоприемник, чем приводит в действие электронную схему формирования сигнала запуска (остановки) таймера.
Оптические измерители скорости характеризуются высокой производительностью, постоянной готовностью к работе, не требуют расходных материалов и работают в широком диапазоне скоростей.
Кроме того, недостатком этих измерителей является необходимость проведения профилактических работ с оптическими узлами. Для лазерных измерителей характерной особенностью является относительно высокая стоимость.
Тем не менее, светодиодные измерители скорости получили довольно широкое распространение, в частности ФЭБ-7, в качестве базового оборудования испытательных лабораторий.
Лазерные измерители пока серийно не выпускаются.
2.2. Индуктивные измерители.
Принцип работы индуктивных измерителей скоростей базируется на изменении индуктивностей измерительных катушек, являющихся датчиками пролета пули.
При пролете пули внутри катушки ее индуктивность уменьшается за счет экранирующего эффекта (для пуль из цветных металлов) или увеличивается за счет магнитного шунтирования (для пуль со стальным сердечником). Измерительная катушка включена в колебательный контур задающего генератора, соответственно изменяющего частоту генерируемых колебаний. Изменение частоты сигнала задающего генератора преобразуется частотным дискриминатором в изменение напряжения выходного сигнала. Выходной формирователь импульсов запуска (остановки) работает непосредственно на таймер.
Измерительная база равна расстоянию между геометрическими центрами магнитных полей измерительных катушек.
Индуктивные измерители скорости характеризуются более высокими эксплуатационными параметрами, чем оптические измерители, но имеют значительную погрешность измерения и весьма чувствительны к электромагнитным и механическим помехам (вибрации, удары и т.п.). Получили ограниченное распространение.
2.3. Индукционные измерители.
Индукционные измерители скорости реализуют тот же принцип измерения скорости – измерение интервала времени на фиксированной измерительной базе. От других измерителей неконтактного типа отличаются конструкцией и принципом работы датчиков скорости.
Индукционные измерители разделяются на магнитные и электромагнитные. В магнитном измерителе датчик выполнен на базе постоянного магнита, а в электромагнитном – на базе электромагнита (фото 2). Принцип работы обеих конструкций датчиков аналогичен.
Фото 2
Датчик имеет собственное магнитное поле (в электромагнитном варианте поле создается током подмагничивания). Пуля, пролетая внутри катушки датчика (кольца магнита), создает изменение картины магнитного поля датчика. Если пуля выполнена из магнитного материала, то основной вклад в изменение магнитного поля датчика вносит эффект магнитного шунтирования. Если пуля изготовлена из немагнитного материала (медь, свинец), то изменение магнитного поля датчика происходит за счет привнесения в него магнитного поля пули. Магнитное поле пули является вторичным (наведенным за счет возникающих токов Фуко).
Изменение магнитного поля датчика вызывает наводки в сигнальной обмотке магнита или в обмотке подмагничивания электромагнита. Эти наводки являются полезным сигналом, несущим информацию о пролете пули через измерительную плоскость датчика скорости. Далее сигналы усиливаются, компарируются и преобразуются в прямоугольные импульсы заданной амплитуды и длительности (импульсы запуска и остановки таймера).
Основное преимущество индукционных измерителей скорости по сравнению с индуктивными и оптическими состоит в том, что выходные уровни сигналов датчиков достигают единиц и десятков вольт, что позволяет выбирать значительный порог компарирования и, в итоге, надежно работать при высоком уровне внешних помех. Кроме того, фронты турбулентности, сопровождающие процесс выстрела и полета пули, не оказывают отрицательного влияния на точность измерений.
Основной недостаток индукционных измерителей скорости заложен в самом принципе получения сигнала: выходной сигнал датчика скорости прямо пропорционален скорости пули. Этим ограничено их применение для измерения малых скоростей (минимальная измеряемая скорость – несколько десятки метров в секунду) и полностью исключены статические измерения.
В связи с тем, что в подавляющем большинстве случаев необходимо измерять скорости пули в диапазоне от 90 … 100 м/с и выше, индукционные измерители скорости становятся наиболее перспективным направлением в решении задачи высокоточного измерения скоростей пуль калибров 4.5 … 14.5 мм.
#BigGun. Простейший «рамочный» хронограф на Arduino (измерение скорости пули)
Электрически конструкция датчика состоит из одних проводников. Элементарно.
Никакой обвязки — принципиально — это две «кнопки» с массы на порты 2 и 3, проще детекторного приемника!
На то время уже приобщился к использованию Arduino в мирных целях._
За основу взял конструкцию Михаила Шевченко на двух парах оптических датчиков.
Попытался собрать универсального рамочного монстра со множеством оптических датчиков — FAIL.
Решив упрощать, пришел к описываемой конструкции, дальше уже некуда 😉
Принцип датчиков позаимствовал у создателей программы Airspeed (родом из 90-х).
Просто добавь микроконтроллер (точность — на порядок выше)!
То-есть, оно когда заработало, то так просто выглядит!
В отличие от звуковых карт, пришлось оперировать не аналоговым сигналом, а переходом с логической 1 на 0.
Удаче предшествовало множество экспериментов — 2 варианта рамок, 3 вида электрической «обвязки» и 4 правки скетчей (программы).
Подтяжка напряжения на цифровые пины (PULLUP) оказалось наиболее жизненным и стабильным решением!
В итоге, вероятность допустить ошибку при повторении данной схемы — мизерная!
Все, дальше нет времени обьяснять, датчики можно собрать просто глядя на фотографии.
Итак, начинаем игру в ПЯТНАШКИ — исходные материалы — деревяный брусок 15х10х5см, два куска полиэтиленового листа 15×15см, толшиной 2.5мм.
На большей толщине рамок — датчики могут не срабатывать, на меньшей — коротить от дуновения ветерка.
Можно взять 3-мм гофрокартон, бальзу, или вовсе сделать рамки из обычных линеек!
Основное что следует помнить — 4мм толщины — уже много, на шести работать и вовсе перестает!
Размер «окна» в рамках — 9×9см (изначально было десять) мало?
Если Вы не можете попасть в десятку, в прямом и переносном смысле, то говорить о необходимости хронометра — рано!
Дальше — вырезаем куски пищевой фольги 11×14 см и при помощи обычного клеящего карандаша аккуратно крепим на рамки с двух сторон.
Последние прикручиваем к основанию (брусок) так, чтобы расстояние между ними составляло 10см (база хронографа, заложенная в скетч).
При этом, сам брус должен быть уже 100мм. на толшину одной рамки (на самом деле древесина в результате усыхания на складе сама уменьшается в размерах 😉
П-образные рамки сделаны из соображений «многоразовости» одного «комплекта» фольги — после каждого выстрела линейкой проводим между парами пластин дабы разомкнуть контакт в районе пулевых отверстий.
Для удобства и простоты обеспечения контакта с фольгой были сделаны зажимы на основе прищепок:
В качестве проводников взял многожильную витую пару — все концы залудил (мы-же помним о том что медь с алюминием напрямую не соединяют!)
Так с этим разобрались.
Теперь перейдем к микроконтроллеру — все отлаживал на arduino Uno (Atmega-328) 16Mhz + LCD Keypad Shield.
Итак, текст скетча (программы):
Вкратце, принцип работы — командой PULLUP на пины 2,3 включается напряжение подтяжки (внутренними резисторами 20-50 кОм)
Пролет пули делает короткое замыкание, регистрируемое прерываниями (sensor FALLING), как наиболее быстрыми командами arduino.
Зная разницу во времени и расстояние между датчиками, вычисляется скорость пули.
ВАЖНА очередность датчиков — первый — на пин 2!
Кто-то возразит, что на пробивание фольги тратится энергия, и реальная скорость пули будет выше!
Поначалу вроде все так и было!
По сравнению со скоростью, замеренной полтора года назад прибором с оптическими датчиками (280м/с) — девайс на фольге выдавал 260!
Энергетически — это 22Джоуля против 19! — потеря сразу трешки!
Но как только я уменьшил базу до 100мм, «фольга» стала показывать верный результат — почему — загадка!
Пули использовал Luman FT 0.56грамма, приборы на основе одного и того-же микроконтроллера, база в обоих случаях — 100мм, одна винтовка
Теперь о стабильности показаний — из 5 выстрелов, «выброс» только по одному, цифры остальных — сходятся.
Да, и последнее, спросите — зачем в век электроники изобретать велосипед?
Все очень просто — ответ — дробовик!
При измерении скорости заряда на вылете — не проблема — подойдет любой прибор!
Но на расстоянии дробь имеет свойство рассеиваться (стандартная мишень для проверки осыпи — 75×75см).
А теперь представьте вариант необходимости замера скорости заряда на 35 метрах — если в клочья разнесет даже китайский прибор за 50$ — будет обидно.
Выход — либо «бронировать» корпус и датчики (достаточно доски 40мм), либо использовать одноразовые.
Измерять есть что и зачем — не за горами введение запрета на охоту свинцом на водоемах(вслед за Европой), надо будет применять стальную дробь, в магазинах за такими патронами будут очереди (либо высокая цена).
При самосборе патронов, пользоваться дедовскими методами оценки эффективности по вхождении в сухую сосновую доску не хочется.
Метких Вам выстрелов, а охотникам — Ни Пуха, Ни Пера!
Хронограф для пневматики — как измерить скорость пули?
Хронографы для измерения скорости пули (снаряда)
Принцип работы хронографа для измерения скорости пули
Преобладающее большинство хронографов устроено примерно одинаково: два датчика прохождения снаряда, электроника, экран, кнопки. Датчики получающие информацию о том, что пуля (иной снаряд) пролетает мимо чаще всего оптические, именно они находятся в «окошечках» ближе к переду и заду хронографа; именно для этих датчиков устанавливаются экраны на ножках, которые позволяют датчикам хорошо различать пролетающие объекты и не отвлекаться на помехи. Момент прохождения пулей первого датчика фиксируется электронными «мозгами», начинается отсчет времени благодаря импульсному генератору (примерно как в электронных часах), прохождение второго датчика отсчет останавливает, далее хронограф считает скорость опираясь на время полученное с датчиков и на расстояние между датчиками (расстояние между ними постоянное и хорошо известно хронографу ). И вот мы уже видим на экране хронографа результат в выбранных единицах.
Порядок сборки хронографа
Перед тем как ответить на вопрос, вроде как сделать рамочный хронограф для пневматики своими руками, следует подготовить корпус к установке датчиков и элементов микросхемы, которые должны быть защищены или расположены в местах, недоступных для попадания пули. Изнутри корпус рекомендуют окрасить темной небликующей краской, поглощающий свет. Это уменьшит число ложных срабатываний и повысит чувствительность прибора.
В заранее подготовленные отверстия в корпусе устанавливаются светодиоды и светочувствительные элементы. Светодиоды должны немного выдаваться во внутреннюю полость хронографа, а фотоприемники – быть слегка заглубленными, чтобы уменьшить интенсивность падающего внешнего освещения.
После установить плату, подключив ее к датчикам и подготовив места ввода питания. Если есть желание составить микросхему самостоятельно, минуя привлечение сторонних специалистов, можно использовать следующую схему (рис. 1).
Рис. 1 Микросхема хронографа
После сборки основных узлов необходимо закрыть электрическую схему прибора, обезопасив ее от механического воздействия и случайного попадания влаги. Это удобнее всего сделать, предусмотрев заранее отдельный пластмассовый коробок для печатной платы, имеющий выходы к дисплею, датчикам и батарее.
Основные «клиенты» хронографа
Принцип действия самодельного хронографа
Измерение скорости производится в несколько этапов:
Схема действия рамочного хронографа
Изготовление рамочного хронографа для пневматики своими руками с нуля требует опыта пайки, базовых знаний в электротехнике и проектировании электрических цепей. Чтобы упростить выполнение задачи, компоновку микросхемы можно заказать у радиолюбителей, обеспечив их необходимыми для работы деталями. Самостоятельно собранный хронограф – отличное вложение и экономия средств, которые можно направить на тюнинг пневматики или покупку долгожданного обвеса.
На видео испытание самодельного рамочного хронографа:
Критерии выбора хронографа для измерения скорости пули (снаряда)
Хронограф Caldwell Ballistic Precision Chronograph G2
Но G2 отличается наличием встроенной светодиодной подсветки (для работы при недостаточном освещении), компоновкой и возможностью беспроводного соединения со смартфоном или планшетом посредством bluetooth (блютуз).
Купить хронограф
Вы можете купить в интернет-магазине Ekipirovka4you любой из этих хронографов для измерения скорости пуль и других снарядов.
Покупка хронографа для пневматики
Купить в Москве и Санкт-Петербурге различные типы хронографов можно в следующих магазинах:
В этих магазинах также предлагаются различные комплектующие и аксессуары для хронографов. Можно приобрести более бюджетную модель на AliExpress по цене от 3 тыс. р. или купить б/у, например, на портале Guns.ru или Avito по цене от 1500 р.
Как узнать скорость пули без хронографа
Доколе нам будут задавать вопрос “как мне измерить. “! Сколько можно раз употреблять слова “маятник” и “хрон”! Сколько можно выкладывать электронных схем и программ! Цивилизация не в силах постичь приборы сложнее линейки. Причем, деревянной.
Предлагаю всем, кому дорого его психическое здоровье, срочно родить методику, позволяющую определить НАЧАЛЬНУЮ СКОРОСТЬ ПУЛИ по единственному возможному параметру, доступному современному школьнику. По пробивной, мать ее, способности.
Не скрою, что попытки тарировать оный параметр в таких единицах как “страницы ТиЦ”, “Доска сосновая”, “доска-хер-ее-знает-какая”, “собственный затылок” и прочая и прочая неоднократно предпринимались. Слава героям-первопроходцам! Но! Цивилизация не стоИт на месте, товарищи! Наши, советские ученые уже синтезировали искусственную рыбу новые материалы! Материалы двадцатого двадцать первого века!
Посему предлагаю измерять вышепоименованную скорость по глубине проникновения пули в упаковочный пенопласт, товарищи! Методика будет доступна даже кадровому большевику – используя электрические приборы, доступные только буржуазии, мы проведем миллиарды! Нет! Триллионы отстрелов через них в пенопласт. Занесем результаты недрогнувшей рукой в таблицу. Примем за погрешность величину в 10 процентов и будем посылать алкающих знаний отроков фпоиск в оную таблицу.
Измерение скорости полета стрелы
(написано по рекомендациям для замера скорости винтовочной, пистолетной пули)
Метод 1. Измерение при помощи маятника
1. Маятник. Из любого материала, в котором стрела застрянет. Стрелы, пули не должны отскакивать от маятника – это ЗАВИСИТ результат. Парадоксально, но это так. Если она отскочила, то закон cохранения импульса будет записываться по другому, и приведенные формулы будут неактуальны. Оптимально – деревянный брусок. В качестве бруска можно взять коробку из-под лекарства и начинить пулеулавливающим материалом – пластилин, немного свинца. Можно взять готовый металлический или деревянный брусок и сделать в торце выемку под стрелоулавливающий слой пластилина.
Если маятник – пластина – подвешивается на двух параллельных или немного расходящихся нитях, но тут есть грабли – пластина может качаться относительно точки крепления к нитям. Поэтому лучше брать брусок и подвешивать на четырех нитях – нити с левой стороны сходятся вместе в верхней точке крепления, нити с правой стороны – сходятся вверху подальше от точки крепления нитей с левой стороны. Таким образом мы устраняем вращение маятника и уменьшаем паразитные колебания. Длина подвеса должна составлять не менее 180 см от оси подвеса до середины (центра тяжести) бруска. В общем – от потолка – до пола или табуретки. Очень хорошо получается развешивать маятник в дверном проеме.
Вес маятника должен быть таким, чтобы его ход колебался в прелах 15-20 см. При дальнейшем увеличении веса может оказаться сложным замерять небольшие отклонения с высокой точностью – будет получаться пара сантиметров с миллиметрами, цена ошибки – вырастет. Для легкого маятника может не хватить длины линейки. Слишком большие отклонения – больше 25 см могут отрицательно сказаться на точности. В принципе, можно попросить в магазине взвесить ваш подвес на электронных весах. Или самостоятельно воспользоваться отдельно стоящими