一种球转子空间运动轨迹与转正时间的测量方法

摘要

一种球转子空间运动轨迹与转正时间的测量方法，目的是能同时测量球转子运动轨迹和运动时间；本发明依据离心机接口结构设计一底座，底座内设有放置球转子及其它部件的腔室；球转子上开有安装雷管的通孔，选用与雷管同等质量的磁性材料安装到该通孔中；在球转子周围布置三个安装在支架安置点上的磁传感器，以球转子球心为坐标原点，每个安置点距坐标原点的距离相等；坐标原点与安置点的三条连线互相垂直；通过测量球转子启动和终止时的两个开关装置控制发光二极管的发光时间来测量球转子的转正时间；安装发光二极管处还安装有磁接近开关，示波器上显示的电压下降即为球转子运动的终止点；示波器上显示的电压高的那一段时间即为球转子的转正时间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实验室测试球转子的空间运动轨迹与转正时间的测量方法。

背景技术

在目前球转子设计中，实验室测试球转子的空间运动轨迹与转正时间是研究球转子能否可靠转正以及估算解除保险时间的重要手段，现有的测量球转子空间运动轨迹的方法有画轨迹法和激光打标法：画轨迹法是将画笔置于球转子腔室上端的小孔内，使笔尖压触球转子；当球转子在旋转状态下开始相对于其腔室作转正运动时，画笔在球转子表面画出一条轨迹。采用该方法的缺点为试验中画笔与球转子的接触点必须确保位于离心机的旋转轴上，否则所得的球转子运动轨迹就会失真，如果画笔不在旋转轴上，会造成对实验结果的误判。另外画笔与球转子的紧密接触增加了球转子的摩擦力矩，改变了其运动条件和状态。由于画轨迹试验装置只是刻画出了球转子的运动轨迹而没有对转正时间的测量，因此无法判断球转子的转正时间并对其运动进行标定。利用激光打标机在球转子表面上刻痕的方法能够在不引入外力的条件下实现对其运动轨迹的标识，由于打标线宽和打标深度都很小，所以对球转子的质量及转动惯量的影响可以忽略不计。打出的轨迹线基本上能够如实反映出弹道环境条件下球转子的运动规律。但激光打标机造价较高，制约了其普及应用。其次，激光打标机虽可以对球转子打标实现对其运动轨迹的标识，但实验得到的只是一条金属刻痕，而无法得到时间参数，既无法对球转子的运动轨迹进行标定。而且某些运动特例其也无法显示，如某时刻球转子的转轴与弹轴重合时做持续旋转，刻痕上无法显示其运动。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种能同时测量球转子运动轨迹和运动时间、并测试球转子运动时的一些特殊运动、分析各时刻球转子运动状态的球转子空间运动轨迹与转正时间测量方法。

实验室模拟球转子的空间运动一般采用离心机实现，离心机模拟弹丸的高速旋转。球转子作为一种隔爆机构，一般的需要开一通孔安装雷管。本发明是通过下列方案实现的：

(1)依据模拟实验所用的离心机的接口结构设计一个底座，底座为圆柱体，底座内部设有一个放置球转子及其它部件的腔室，底座通过螺纹或其它方式与离心机连接；

(2)球转子上开有一个安装雷管的通孔，选用同等质量的磁性材料安装到该通孔中；一方面可以等效雷管的质量，另一方面，球转子旋转时磁性材料也一同旋转，将引起磁性材料产生的磁场场强矢量变化；

(3)在球转子周围布置磁传感器阵列，阵列由三个磁传感器组成；三个磁传感器均安装在传感器支架上的安置点上；以球转子球心为坐标原点，每个安置点距坐标原点的距离相等，安置点距离原点40厘米内；坐标原点与安置点的三条连线互相垂直；球转子旋转时每个磁传感器探测到磁性材料的磁场场强矢量在不断变换中，依据各个时刻每个磁传感器上场强的测量值，拟合场强矢量的三维变化曲线，曲线即球转子在磁性材料的场强矢量方向上那一点的运动轨迹；

(4)通过测量球转子启动和终止时的两个开关装置控制发光二极管的发光时间来测量球转子的转正时间；为方便测试球转子的启动时间点，利用离心子和离心子簧作为球转子启动开关K1，当离心机达到一定转速时，在离心力作用下离心子克服离心子簧的抗力，解除对球转子的保险，当离心子后移后，开关K1打开，控制发光二极管发光的电路接通，安装在外壳上的发光二极管开始发光；在支架垂直离心机平面的那个安置点上安装光敏电阻，光敏电阻在光照射下，安装在安置点上的控制光源接收的电路接通，用示波器测试电路中的电阻的电压，示波器可以看到电阻上的电压升高，此时即为球转子的启动点；

(5)在安装发光二极管处还安装有磁接近开关，当球转子转正时，磁接近开关感受到的磁场强度最大，磁接近开关打开，即短路开关K2关闭，发光二极管停止发光，示波器上显示的电压下降，此时即为球转子运动的终止点；示波器上显示的电压高的那一段时间即为球转子的转正时间。

示波器显示的信号可以确定球转子的启动时刻以及运动到位时刻，球转子的运动轨迹曲线与球转子的运动时间相比较可以分析每个时刻球转子的运动状态。

测试系统采用磁和光两套系统并联组成。磁探测系统是在被测试的球转子上加一块磁性材料，旋转时磁场发生变化，以球转子球心为原心，在X，Y，Z轴上各等距安装一个磁传感器，通过测量各轴上磁场强度的变化来反推球转子的运动轨迹。光探测系统是在球转子系统中选定二个测试点，第一个点为球转子运动的起始点，当离心子解除对球转子的限制时，相当于开关K1打开，发光二极管开始发光，第二个测试点为球转子转正后，安装在电路中的磁接近开关由于磁场变大，开关K2闭合，发光二极管被短路，停止发光，应用示波器测出发光二极管发光的时间即为球转子运动时间。

本发明通过实验室测试确定球转子的空间运动轨迹以及转正时间，由转正时间来计算球转子能够提供的延期解除保险距离，方便研究人员掌握球转子的运动特性。采用实验室的模拟测试手段，可以真实再现球转子的运动过程，试验费用便宜。本发明与现有技术相比，能够同时测量球转子的运动轨迹和运动时间，测试系统对球转子的运动轨迹没有影响；能够将球转子运动时的一些特殊运动测试出来，如球转子转轴与弹轴重合时；能够分析各个时刻球转子的运动状态。

附图说明

图1为测试装置结构示意图；

图2为圆柱状支架的结构示意图；

图3为球转子运动时间测试装置控制发光电路原理图；

图4为球转子运动时间测试装置控制接收光电路原理图。

图中：1、接线柱，2、离心子，3、离心簧，4、螺母，5、接线柱，6、磁接近开关，7、腔室，8、球转子，9、磁性材料，10、底座，11、球座，12、螺钉，13、销，14、离心机，15、电路安置点I，16、电路安置点II，17、示波器。

具体实施方式

底座(10)通过螺纹与离心机(14)连接，球转子(8)放置在腔室(7)和球座(11)中，腔室(7)和球座(11)通过螺钉(12)连接到一起，球座(11)通过销(13)与底座(10)连在一起，球转子(8)中放置磁性材料(9)，球转子(8)被离心子(2)限制，离心子(2)后安装离心子簧(3)，接线柱(1)平时与离心子(2)接触，离心子簧(3)后安装螺母(4)，磁接近开关(6)和发光二级管安装在Z轴上。电路安置点I(15)的中心在Z轴方向上，电路安置点II(16)的中心在X轴方向上，另一电路安置点的中心在Y轴方向上。示波器(17)并联连接在电阻R3上。三个磁传感器均安装在圆柱状支架上；在支架上设置三个传感器安置点。

测试球转子的运动轨迹和运动时间，首先将球转子转动轨迹的测试系统固定在离心机(14)上，测试开始后，离心机(14)开始旋转，由于受离心力的作用，离心子(2)受离心力的作用向后运动，当离心机(14)到达一定转速后，离心子(2)克服了离心簧(3)的抗力，完全解除了对球转子(8)的保险，此时测试系统由于离心子(2)和接线柱(5)不再接触，即在测试装置的电路图中表示的启动开关K1打开，发光二极管LED开始发光，此时球转子(8)开始做空间定点转动；在发光二极管LED的照射下，光敏电阻RL阻值变小，电路导通，示波器(17)显示高电平；球转子(8)在转动时，球转子(8)的孔轴与三个坐标轴所成的角度时刻变化，其内部的磁性材料(9)形成的磁场在各坐标轴方向上的磁感应强度分量也是时刻变化的，在变化磁场的作用下，X，Y，Z轴上的每个磁传感器会产生相应的感应电动势，此感应电动势经放大电路放大后被分布在X，Y，Z轴上的三套磁探测装置记录；在球转子(8)运动到位时，由于磁场在Z轴方向上变大，磁接近开关(6)打开，在测试装置的电路示意图中认为短路开关K2闭合，电路被短路，发光二极管LED停止发光，光敏电阻RL阻值变大，电路切断，示波器(17)显示低电平，示波器(17)记录的高电平时间即发光二极管的工作时间，也是球转子(8)转动的时间。

通过磁探测系统所测得的信号反推球转子的轨迹，三个磁传感器当中有一个或一个以上的传感器探测到磁场开始变化时认为球转子开始转动，当三个磁传感器都不能探测到磁场在变化时认为球转子(8)已经运动到位。

在安装光探测装置和磁探测装置时需要根据离心机的具体结构，设计一个支架，由支架来保证安装的测试装置在空间上正交，同时发光二极管尽可能安装在离心机的转轴上，保证发光时容易对光探测装置中的光敏电阻产生作用。