專利名稱：一種球轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于實(shí)驗(yàn)室測試球轉(zhuǎn)子的空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量方法。
背景技術(shù)：
在目前球轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)室測試球轉(zhuǎn)子的空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間是研究球轉(zhuǎn) 子能否可靠轉(zhuǎn)正以及估算解除保險(xiǎn)時(shí)間的重要手段，現(xiàn)有的測量球轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)軌跡的方 法有畫軌跡法和激光打標(biāo)法畫軌跡法是將畫筆置于球轉(zhuǎn)子腔室上端的小孔內(nèi)，使筆尖壓 觸球轉(zhuǎn)子；當(dāng)球轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下開始相對(duì)于其腔室作轉(zhuǎn)正運(yùn)動(dòng)時(shí)，畫筆在球轉(zhuǎn)子表面畫 出一條軌跡。采用該方法的缺點(diǎn)為試驗(yàn)中畫筆與球轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)必須確保位于離心機(jī)的旋 轉(zhuǎn)軸上，否則所得的球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)失真，如果畫筆不在旋轉(zhuǎn)軸上，會(huì)造成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 的誤判。另外畫筆與球轉(zhuǎn)子的緊密接觸增加了球轉(zhuǎn)子的摩擦力矩，改變了其運(yùn)動(dòng)條件和狀 態(tài)。由于畫軌跡試驗(yàn)裝置只是刻畫出了球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡而沒有對(duì)轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量，因此 無法判斷球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間并對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行標(biāo)定。利用激光打標(biāo)機(jī)在球轉(zhuǎn)子表面上刻痕的 方法能夠在不引入外力的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡的標(biāo)識(shí)，由于打標(biāo)線寬和打標(biāo)深度都很 小，所以對(duì)球轉(zhuǎn)子的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響可以忽略不計(jì)。打出的軌跡線基本上能夠如實(shí) 反映出彈道環(huán)境條件下球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但激光打標(biāo)機(jī)造價(jià)較高，制約了其普及應(yīng)用。其 次，激光打標(biāo)機(jī)雖可以對(duì)球轉(zhuǎn)子打標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡的標(biāo)識(shí)，但實(shí)驗(yàn)得到的只是一條金 屬刻痕，而無法得到時(shí)間參數(shù)，既無法對(duì)球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行標(biāo)定。而且某些運(yùn)動(dòng)特例其 也無法顯示，如某時(shí)刻球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與彈軸重合時(shí)做持續(xù)旋轉(zhuǎn)，刻痕上無法顯示其運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種能同時(shí)測量球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡和 運(yùn)動(dòng)時(shí)間、并測試球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的一些特殊運(yùn)動(dòng)、分析各時(shí)刻球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的球轉(zhuǎn)子空 間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間測量方法。實(shí)驗(yàn)室模擬球轉(zhuǎn)子的空間運(yùn)動(dòng)一般采用離心機(jī)實(shí)現(xiàn)，離心機(jī)模擬彈丸的高速旋 轉(zhuǎn)。球轉(zhuǎn)子作為一種隔爆機(jī)構(gòu)，一般的需要開一通孔安裝雷管。本發(fā)明是通過下列方案實(shí) 現(xiàn)的(1)依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)所用的離心機(jī)的接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)底座，底座為圓柱體，底座內(nèi) 部設(shè)有一個(gè)放置球轉(zhuǎn)子及其它部件的腔室，底座通過螺紋或其它方式與離心機(jī)連接；(2)球轉(zhuǎn)子上開有一個(gè)安裝雷管的通孔，選用同等質(zhì)量的磁性材料安裝到該通孔 中；一方面可以等效雷管的質(zhì)量，另一方面，球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁性材料也一同旋轉(zhuǎn)，將引起磁 性材料產(chǎn)生的磁場場強(qiáng)矢量變化；(3)在球轉(zhuǎn)子周圍布置磁傳感器陣列，陣列由三個(gè)磁傳感器組成；三個(gè)磁傳感器 均安裝在傳感器支架上的安置點(diǎn)上；以球轉(zhuǎn)子球心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每個(gè)安置點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的 距離相等，安置點(diǎn)距離原點(diǎn)40厘米內(nèi)；坐標(biāo)原點(diǎn)與安置點(diǎn)的三條連線互相垂直；球轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)磁傳感器探測到磁性材料的磁場場強(qiáng)矢量在不斷變換中，依據(jù)各個(gè)時(shí)刻每個(gè)磁傳感器上場強(qiáng)的測量值，擬合場強(qiáng)矢量的三維變化曲線，曲線即球轉(zhuǎn)子在磁性材料的場強(qiáng)矢 量方向上那一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；(4)通過測量球轉(zhuǎn)子啟動(dòng)和終止時(shí)的兩個(gè)開關(guān)裝置控制發(fā)光二極管的發(fā)光時(shí)間來 測量球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間；為方便測試球轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)，利用離心子和離心子簧作為球 轉(zhuǎn)子啟動(dòng)開關(guān)K1，當(dāng)離心機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，在離心力作用下離心子克服離心子簧的抗力， 解除對(duì)球轉(zhuǎn)子的保險(xiǎn)，當(dāng)離心子后移后，開關(guān)Ki打開，控制發(fā)光二極管發(fā)光的電路接通，安 裝在外殼上的發(fā)光二極管開始發(fā)光；在支架垂直離心機(jī)平面的那個(gè)安置點(diǎn)上安裝光敏電 阻，光敏電阻在光照射下，安裝在安置點(diǎn)上的控制光源接收的電路接通，用示波器測試電路 中的電阻的電壓，示波器可以看到電阻上的電壓升高，此時(shí)即為球轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)點(diǎn)；(5)在安裝發(fā)光二極管處還安裝有磁接近開關(guān)，當(dāng)球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正時(shí)，磁接近開關(guān)感受 到的磁場強(qiáng)度最大，磁接近開關(guān)打開，即短路開關(guān)K2關(guān)閉，發(fā)光二極管停止發(fā)光，示波器上 顯示的電壓下降，此時(shí)即為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的終止點(diǎn)；示波器上顯示的電壓高的那一段時(shí)間即 為球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間。示波器顯示的信號(hào)可以確定球轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)時(shí)刻以及運(yùn)動(dòng)到位時(shí)刻，球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng) 軌跡曲線與球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相比較可以分析每個(gè)時(shí)刻球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測試系統(tǒng)采用磁和光兩套系統(tǒng)并聯(lián)組成。磁探測系統(tǒng)是在被測試的球轉(zhuǎn)子上加一 塊磁性材料，旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場發(fā)生變化，以球轉(zhuǎn)子球心為原心，在X，Y，Z軸上各等距安裝一個(gè)磁 傳感器，通過測量各軸上磁場強(qiáng)度的變化來反推球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡。光探測系統(tǒng)是在球轉(zhuǎn) 子系統(tǒng)中選定二個(gè)測試點(diǎn)，第一個(gè)點(diǎn)為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)，當(dāng)離心子解除對(duì)球轉(zhuǎn)子的限 制時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)Kl打開，發(fā)光二極管開始發(fā)光，第二個(gè)測試點(diǎn)為球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正后，安裝在電 路中的磁接近開關(guān)由于磁場變大，開關(guān)K2閉合，發(fā)光二極管被短路，停止發(fā)光，應(yīng)用示波器 測出發(fā)光二極管發(fā)光的時(shí)間即為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)室測試確定球轉(zhuǎn)子的空間運(yùn)動(dòng)軌跡以及轉(zhuǎn)正時(shí)間，由轉(zhuǎn)正時(shí)間來 計(jì)算球轉(zhuǎn)子能夠提供的延期解除保險(xiǎn)距離，方便研究人員掌握球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)特性。采用實(shí) 驗(yàn)室的模擬測試手段，可以真實(shí)再現(xiàn)球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)過程，試驗(yàn)費(fèi)用便宜。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù) 相比，能夠同時(shí)測量球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，測試系統(tǒng)對(duì)球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡沒有影 響；能夠?qū)⑶蜣D(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的一些特殊運(yùn)動(dòng)測試出來，如球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸與彈軸重合時(shí)；能夠分 析各個(gè)時(shí)刻球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。


圖1為測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圓柱狀支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間測試裝置控制發(fā)光電路原理圖；圖4為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間測試裝置控制接收光電路原理圖。圖中1、接線柱，2、離心子，3、離心簧，4、螺母，5、接線柱，6、磁接近開關(guān)，7、腔室， 8、球轉(zhuǎn)子，9、磁性材料，10、底座，11、球座，12、螺釘，13、銷，14、離心機(jī)，15、電路安置點(diǎn)I， 16、電路安置點(diǎn)II，17、示波器。
具體實(shí)施例方式底座(10)通過螺紋與離心機(jī)(14)連接，球轉(zhuǎn)子⑶放置在腔室(7)和球座(11)中， 腔室(7)和球座(11)通過螺釘(1 連接到一起，球座(11)通過銷(1 與底座(10)連在一 起，球轉(zhuǎn)子(8)中放置磁性材料(9)，球轉(zhuǎn)子(8)被離心子( 限制，離心子( 后安裝離心 子簧(3)，接線柱(1)平時(shí)與離心子( 接觸，離心子簧C3)后安裝螺母G)，磁接近開關(guān)(6) 和發(fā)光二級(jí)管安裝在Z軸上。電路安置點(diǎn)I (15)的中心在Z軸方向上，電路安置點(diǎn)II (16)的 中心在X軸方向上，另一電路安置點(diǎn)的中心在Y軸方向上。示波器(17)并聯(lián)連接在電阻R3 上。三個(gè)磁傳感器均安裝在圓柱狀支架上；在支架上設(shè)置三個(gè)傳感器安置點(diǎn)。測試球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，首先將球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡的測試系統(tǒng)固定在離 心機(jī)(14)上，測試開始后，離心機(jī)(14)開始旋轉(zhuǎn)，由于受離心力的作用，離心子(2)受離心 力的作用向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)離心機(jī)(14)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后，離心子(2)克服了離心簧(3)的抗力， 完全解除了對(duì)球轉(zhuǎn)子(8)的保險(xiǎn)，此時(shí)測試系統(tǒng)由于離心子(2)和接線柱(5)不再接觸，即 在測試裝置的電路圖中表示的啟動(dòng)開關(guān)Kl打開，發(fā)光二極管LED開始發(fā)光，此時(shí)球轉(zhuǎn)子(8) 開始做空間定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；在發(fā)光二極管LED的照射下，光敏電阻RL阻值變小，電路導(dǎo)通，示波 器(17)顯示高電平；球轉(zhuǎn)子(8)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球轉(zhuǎn)子(8)的孔軸與三個(gè)坐標(biāo)軸所成的角度時(shí) 刻變化，其內(nèi)部的磁性材料(9)形成的磁場在各坐標(biāo)軸方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量也是時(shí)刻 變化的，在變化磁場的作用下，X，Y，Z軸上的每個(gè)磁傳感器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢，此感 應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)放大電路放大后被分布在X，Y，Z軸上的三套磁探測裝置記錄；在球轉(zhuǎn)子(8)運(yùn) 動(dòng)到位時(shí)，由于磁場在Z軸方向上變大，磁接近開關(guān)(6)打開，在測試裝置的電路示意圖中 認(rèn)為短路開關(guān)K2閉合，電路被短路，發(fā)光二極管LED停止發(fā)光，光敏電阻RL阻值變大，電路 切斷，示波器(17)顯示低電平，示波器(17)記錄的高電平時(shí)間即發(fā)光二極管的工作時(shí)間， 也是球轉(zhuǎn)子(8)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。通過磁探測系統(tǒng)所測得的信號(hào)反推球轉(zhuǎn)子的軌跡，三個(gè)磁傳感器當(dāng)中有一個(gè)或一 個(gè)以上的傳感器探測到磁場開始變化時(shí)認(rèn)為球轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)三個(gè)磁傳感器都不能探測 到磁場在變化時(shí)認(rèn)為球轉(zhuǎn)子(8)已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到位。在安裝光探測裝置和磁探測裝置時(shí)需要根據(jù)離心機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)支架， 由支架來保證安裝的測試裝置在空間上正交，同時(shí)發(fā)光二極管盡可能安裝在離心機(jī)的轉(zhuǎn)軸 上，保證發(fā)光時(shí)容易對(duì)光探測裝置中的光敏電阻產(chǎn)生作用。
權(quán)利要求
1.一種球轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量方法，其特征是(1)依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)所用的離心機(jī)的接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)底座，底座為圓柱體，底座內(nèi)部設(shè) 有一個(gè)放置球轉(zhuǎn)子及其它部件的腔室，底座通過螺紋與離心機(jī)連接；(2)球轉(zhuǎn)子上開有一個(gè)安裝雷管的通孔，選用與雷管同等質(zhì)量的磁性材料安裝到該通 孔中；(3)在球轉(zhuǎn)子周圍布置磁傳感器陣列，陣列由三個(gè)磁傳感器組成；三個(gè)磁傳感器均安 裝在傳感器支架上的安置點(diǎn)上；以球轉(zhuǎn)子球心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每個(gè)安置點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離 相等；坐標(biāo)原點(diǎn)與安置點(diǎn)的三條連線互相垂直；球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)磁傳感器探測到磁性材 料的磁場場強(qiáng)矢量在不斷變換中，依據(jù)各個(gè)時(shí)刻每個(gè)磁傳感器上場強(qiáng)的測量值，擬合場強(qiáng) 矢量的三維變化曲線，曲線即球轉(zhuǎn)子在磁性材料的場強(qiáng)矢量方向上那一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；(4)通過測量球轉(zhuǎn)子啟動(dòng)和終止時(shí)的兩個(gè)開關(guān)裝置控制發(fā)光二極管的發(fā)光時(shí)間來測量 球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間；為方便測試球轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)，利用離心子和離心子簧作為球轉(zhuǎn)子 啟動(dòng)的開關(guān)K1，當(dāng)離心機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，在離心力作用下離心子克服離心子簧的抗力，解 除對(duì)球轉(zhuǎn)子的保險(xiǎn)，當(dāng)離心子后移后，開關(guān)Kl打開，控制發(fā)光二極管發(fā)光的電路接通，安裝 在外殼上的發(fā)光二極管開始發(fā)光；在支架垂直離心機(jī)平面的那個(gè)安置點(diǎn)上安裝光敏電阻， 光敏電阻在光照射下，安裝在安置點(diǎn)上的控制光源接收的電路接通，用示波器測試電路中 的電阻的電壓，示波器可以看到電阻上的電壓升高，此時(shí)即為球轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)點(diǎn)；(5)在安裝發(fā)光二極管處還安裝有磁接近開關(guān)，當(dāng)球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正時(shí)，磁接近開關(guān)感受到的 磁場強(qiáng)度最大，磁接近開關(guān)打開，即短路開關(guān)K2關(guān)閉，發(fā)光二極管停止發(fā)光，示波器上顯示 的電壓下降，此時(shí)即為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的終止點(diǎn)；示波器上顯示的電壓高的那一段時(shí)間即為球 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的球轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量方法，其特征是傳感器 支架為圓柱狀，支架上安置點(diǎn)距離原點(diǎn)40厘米內(nèi)。
全文摘要
一種球轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)正時(shí)間的測量方法，目的是能同時(shí)測量球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)時(shí)間；本發(fā)明依據(jù)離心機(jī)接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一底座，底座內(nèi)設(shè)有放置球轉(zhuǎn)子及其它部件的腔室；球轉(zhuǎn)子上開有安裝雷管的通孔，選用與雷管同等質(zhì)量的磁性材料安裝到該通孔中；在球轉(zhuǎn)子周圍布置三個(gè)安裝在支架安置點(diǎn)上的磁傳感器，以球轉(zhuǎn)子球心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每個(gè)安置點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離相等；坐標(biāo)原點(diǎn)與安置點(diǎn)的三條連線互相垂直；通過測量球轉(zhuǎn)子啟動(dòng)和終止時(shí)的兩個(gè)開關(guān)裝置控制發(fā)光二極管的發(fā)光時(shí)間來測量球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間；安裝發(fā)光二極管處還安裝有磁接近開關(guān)，示波器上顯示的電壓下降即為球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的終止點(diǎn)；示波器上顯示的電壓高的那一段時(shí)間即為球轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)正時(shí)間。
文檔編號(hào)G01M13/00GK102062679SQ20101054273
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者呂彩琴, 張建宏, 張微微, 楊慧娟, 樊飛龍, 焦國太, 王 華, 秦棟澤, 龔玉帥 申請(qǐng)人:中北大學(xué)