專利名稱:一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置的制作方法
—種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其基于彈性勢(shì)能存儲(chǔ)，電磁機(jī)構(gòu)釋放可實(shí)時(shí)再現(xiàn)動(dòng)態(tài)線運(yùn)動(dòng)過(guò)程，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)可復(fù)用，并可產(chǎn)生一定范圍動(dòng)態(tài)線運(yùn)動(dòng)信號(hào)。屬于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置。
(ニ)背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用領(lǐng)域，都需要實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體，研究運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中參數(shù)的變化情況。例如，在導(dǎo)彈的發(fā)射過(guò)程中，內(nèi)弾道出筒(導(dǎo)彈發(fā)射筒/箱)速度是判定發(fā)射系統(tǒng)性能是否正常、發(fā)射過(guò)程成功與否的重要參數(shù)。目前的測(cè)試系統(tǒng)多種多祥，導(dǎo)彈發(fā)射過(guò)程中運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化范圍有限，僅在加速度為0 50g，速度為0 40m/s，位移為0 50mm 的中等要求范圍內(nèi)變化。因此，如何在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，在較小的空間內(nèi)，研制ー種可以模擬導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化過(guò)程，并可獲取相應(yīng)的線運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而評(píng)價(jià)導(dǎo)彈發(fā)射參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的性能的實(shí)驗(yàn)裝置，在航空、航天及相關(guān)領(lǐng)域具有十分重要的作用。
目前，可以產(chǎn)生線運(yùn)動(dòng)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置比較少，現(xiàn)列舉三種常見(jiàn)的裝置進(jìn)行說(shuō)明。
雙離心機(jī)裝置是用電機(jī)控制離心機(jī)，使其在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，然后在一定的時(shí)間內(nèi)停止，從而產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“角運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)信號(hào)”的裝置。
空氣炮是ー種可以產(chǎn)生高速的線運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置，它是利用壓縮空氣使在炮筒內(nèi)的弾丸瞬間產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)。如圖I為空氣炮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。其結(jié)構(gòu)主要由發(fā)射管，高壓氣室，釋放機(jī)構(gòu)和靶室組成。實(shí)驗(yàn)初始，空氣壓縮機(jī)在氣室I中充氣至既定氣壓，釋放快開(kāi)閥2，氣壓直接作用于彈丸3，使弾丸3加速，在發(fā)射管4內(nèi)撞擊靶室5內(nèi)的測(cè)量裝置6。此裝置產(chǎn)生的是窄脈寬、高g值的加速度信號(hào)。而且體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在實(shí)驗(yàn)完畢后被銷毀， 實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高，危險(xiǎn)，不易控制，不適合于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、較小空間內(nèi)操作。
清華大學(xué)發(fā)明了ー種高速加速裝置(專利號(hào)200610114601. 0)，如圖2所示，采用慣性輪14作為試驗(yàn)加速的動(dòng)力，在繩索16的牽引下，使沿導(dǎo)軌17滑動(dòng)的試件產(chǎn)生高速度。 此裝置主要是在電機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)加速過(guò)程，因此產(chǎn)生的加速度信號(hào)小，加速過(guò)程漫長(zhǎng) ’另外，它是在加速度恒定的前提下產(chǎn)生變化的速度信號(hào)，不能同時(shí)產(chǎn)生線位移，線加速度，線速度三種動(dòng)態(tài)變化的線運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
綜上所述，目前的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置中所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)大都存在動(dòng)態(tài)精度低， 脈寬窄，非線性且不連續(xù)等缺點(diǎn)，而且運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)間太長(zhǎng)，不用重復(fù)使用，使得實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高，安全系數(shù)低，不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為ー 種采用彈簧存儲(chǔ)彈性勢(shì)能，電磁鎖定機(jī)構(gòu)鎖定和釋放能量相結(jié)合的方法，可再現(xiàn)動(dòng)態(tài)線運(yùn)動(dòng)過(guò)程，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)可復(fù)用的，產(chǎn)生范圍可調(diào)、具有一定脈沖寬度與動(dòng)態(tài)精度的，連續(xù)的，動(dòng)態(tài)變化的線運(yùn)動(dòng)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置。
本發(fā)明為一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，具體由彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元、能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝置支撐臺(tái)、緩沖裝置與防護(hù)裝置五個(gè)部分組成。
所述的彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元，為ー壓縮彈簧，用來(lái)儲(chǔ)備能量。
所述的能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)鎖定或釋放由彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的彈性勢(shì)能。它由步進(jìn)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、卷筒、定滑輪、纜繩、光軸、直線導(dǎo)軌、電磁控制單元、電磁鉄、電磁鐵安裝架、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、直線軸承組成，電磁鉄、電磁鐵安裝架與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)合稱為電磁鎖定機(jī)構(gòu)。電磁控制電路與電磁鐵相連，通過(guò)控制電流通斷來(lái)控制電磁鐵與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)吸合與釋放狀態(tài)。壓縮彈簧，電磁鐵，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、直線軸承，從左向右依次穿入光軸。其中電磁鐵與電磁安裝架通過(guò)螺釘安裝成一體，安裝在兩個(gè)直線導(dǎo)軌的滑塊上。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在直線軸承左側(cè)安裝，可保護(hù)直線軸承。電磁鐵平面與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)平面可完全水平吸合。光軸兩端分別固定于左、右支座。定滑輪安裝于左支座；兩平行于光軸的纜繩一端與電磁安裝架相連，一端通過(guò)定滑輪的滑道繞在卷筒上。步進(jìn)電機(jī)與減速器相連，減速器又通過(guò)聯(lián)軸器與卷筒相連。
所述的裝置支撐臺(tái)用來(lái)支撐各組件。它包括左支座，右支座，組合支座以及工作臺(tái)。左支座、右支座、兩個(gè)直線導(dǎo)軌、組合支座安裝固定在工作臺(tái)平面上。
所述的緩沖裝置，安裝在右支座上，用來(lái)緩解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)工作臺(tái)的沖擊，可降低運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)次數(shù)，同時(shí)可保護(hù)直線軸承。
所述的防護(hù)裝置與工作臺(tái)安裝結(jié)合，用于隔離實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全保護(hù)。
其中，所述的電磁鐵設(shè)置為圓形吸盤(pán)式，中間留孔，以便穿入彈簧。
其中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)為純鐵材料制成，內(nèi)置消磁電路。
其中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上設(shè)有安裝孔，可安裝加速度傳感器，使其實(shí)時(shí)感受動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，也可以安裝高速攝影系統(tǒng)的被測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
其中，所述的防護(hù)裝置為ー個(gè)透明的防護(hù)罩，采用雙開(kāi)活頁(yè)式結(jié)構(gòu)。
其中，本裝置可添加輔助模塊，作為其它具有特殊要求的傳感器或裝置的信號(hào)發(fā)生裝置。即在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一側(cè)安裝一體積適合的撞擊塊，在右支座的上方安裝位移傳感器， 當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)吋，撞擊塊在與位移傳感器接觸到位移傳感器收縮的過(guò)程中，為位移傳感器提供了位移信號(hào)。
本發(fā)明裝置的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段
初使階段壓縮彈簧處于自由狀態(tài)，撥動(dòng)電磁塊，使其在直線導(dǎo)軌上緩慢移動(dòng)，直到與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)接觸后停止，電磁控制單元發(fā)出通電控制信號(hào)，給電磁塊通以電流，此時(shí)，電磁鐵與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)之間產(chǎn)生的電磁力，使兩者完全吸合，成為一體。
儲(chǔ)能階段電機(jī)控制単元向電機(jī)發(fā)生控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，纜繩拉動(dòng)電磁鎖定機(jī)構(gòu)沿直線導(dǎo)軌向左支座方向運(yùn)動(dòng)，在給定位置處停止。在此過(guò)程中，彈簧被壓縮，弾性勢(shì)能被存儲(chǔ)。因此可以通過(guò)設(shè)置彈簧壓縮的長(zhǎng)度控制儲(chǔ)存能量的大小，進(jìn)而控制彈簧釋放時(shí)的沖擊カ的大小，控制線運(yùn)動(dòng)信號(hào)的范圍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)最大速度、加速度的控制。
能量釋放階段電磁控制單元發(fā)出斷電控制信號(hào)，電磁鐵與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)間的電流瞬間消失，此時(shí)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在彈簧力的作用下，迅速?gòu)楅_(kāi)，此時(shí)，彈簧力產(chǎn)生的定向沖擊力推動(dòng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)沿光軸作直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的線運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
剩余能量回收階段當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到與緩沖裝置相接觸時(shí)，緩沖裝置吸收剩余能量，減少運(yùn)動(dòng)目標(biāo)體往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)，直至其停止運(yùn)動(dòng)，回到平衡位置。
信號(hào)發(fā)生原理
以彈簧自然狀態(tài)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的加速度與質(zhì)量、彈力，阻力滿足以下關(guān)
F-f = ma
可見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線加速度與彈簧力成正比，與本身的質(zhì)量成反比，即彈簧力越大，質(zhì)量越小，其獲得的線加速度最大。其中彈簧力可表示為F =匕-kxa)，阻力可表示摩擦阻力與空氣阻力的和，存在如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，具體由彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元(20)、能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝置支撐臺(tái)、緩沖裝置(23)與防護(hù)裝置(24)五個(gè)部分組成，其特征在于所述的彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元(20)，為ー壓縮彈簧，用來(lái)儲(chǔ)備能量；所述的能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)鎖定或釋放由彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元(20)所存儲(chǔ)的彈性勢(shì)能；它由步進(jìn)電機(jī)(211)、減速器(212)、聯(lián)軸器(213)、卷筒(214)、定滑輪(215)、纜繩(216)、光軸(217)、直線導(dǎo)軌(218)、電磁控制單元、電磁鐵(219)、電磁鐵安裝架(2110)、 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)、直線軸承(2112)組成，其中電磁鐵(219)、電磁鐵安裝架(2110)與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)合稱為電磁鎖定機(jī)構(gòu)；電磁控制電路與電磁鐵(219)相連，通過(guò)控制電流通斷來(lái)控制電磁鐵(219)與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)吸合與釋放狀態(tài)；壓縮彈簧(20)、電磁鐵(219)、 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)、直線軸承(2112)，從左向右依次穿入光軸；其中電磁鐵(219)與電磁安裝架(2110)通過(guò)螺釘安裝成一體，安裝在兩個(gè)直線導(dǎo)軌(218)的滑塊上；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111) 在直線軸承(2112)左側(cè)安裝；電磁鐵(219)平面與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)平面可完全水平吸合; 光軸(217)兩端分別固定于左、右支座；定滑輪(215)安裝于左支座(222);兩平行于光軸 (217)的纜繩(216) —端與電磁安裝架(2110)相連，一端通過(guò)定滑輪(215)的滑道繞在卷筒(214)上；步進(jìn)電機(jī)(211)與減速器(212)相連，減速器(212)又通過(guò)聯(lián)軸器(213)與卷筒(214)相連；所述的裝置支撐臺(tái)用來(lái)支撐各組件；它包括左支座(222)、右支座(224)、組合支座 (221)以及工作臺(tái)(223);左支座(222)、右支座(224)、兩個(gè)直線導(dǎo)軌(218)、組合支座 (221)安裝固定在工作臺(tái)(223)的平面上；所述的緩沖裝置(23)，安裝在右支座(224)上，用來(lái)緩解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(2111)對(duì)工作臺(tái) (223)的沖擊，可降低運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)次數(shù)，同時(shí)可保護(hù)直線軸承(2112)；所述的防護(hù)裝置(24)與工作臺(tái)安裝結(jié)合，用于隔離實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于所述的裝置是采用彈簧存儲(chǔ)彈性勢(shì)能，電磁鎖定機(jī)構(gòu)鎖定和釋放能量相結(jié)合的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于所述的電磁鐵(219) 設(shè)置為圓形吸盤(pán)式，中間留孔，以便穿入彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo) (2111)為純鐵材料制成，內(nèi)置消磁電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo) (2111)上設(shè)有安裝孔，安裝加速度傳感器，使其實(shí)時(shí)感受動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo) (2111)上設(shè)有安裝孔，安裝高速攝影系統(tǒng)的被測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在干所述的防護(hù)裝置(24) 為ー個(gè)透明的防護(hù)罩，采用雙開(kāi)活頁(yè)式結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，其特征在于本裝置進(jìn)ー步包含一輔助模塊，即在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的ー側(cè)安裝一體積適合的撞擊塊，在右支座的上方安裝位移傳感器，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)吋，撞擊塊在與位移傳感器接觸到位移傳感器收縮的過(guò)程中，為位移傳感器提供了位移信號(hào)。
專利摘要
本發(fā)明一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生裝置，由彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元、能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝置支撐臺(tái)、緩沖裝置與防護(hù)裝置組成彈性勢(shì)能存儲(chǔ)單元為一壓縮彈簧；能量?jī)?chǔ)備與釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，電磁控制電路與電磁鐵相連；壓縮彈簧、電磁鐵、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、直線軸承，從左向右穿入光軸；電磁鐵與電磁安裝架安裝成一體，安裝在直線導(dǎo)軌的滑塊上；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在直線軸承左側(cè)；光軸兩端分別固定于左、右支座；定滑輪安裝于左支座；兩平行于光軸的纜繩一端與電磁安裝架相連，一端繞在卷筒上；步進(jìn)電機(jī)與減速器相連，減速器通過(guò)聯(lián)軸器與卷筒相連；裝置支撐臺(tái)的左支座、右支座、雙直線導(dǎo)軌、組合支座安裝在工作臺(tái)平面上；緩沖裝置安裝在右支座上；防護(hù)裝置與工作臺(tái)安裝結(jié)合。
文檔編號(hào)F41B7/00GKCN101315262 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810114337
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2008年6月3日
發(fā)明者孟曉風(fēng), 王琳, 王莉莉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),