專利名稱:一種運動目標發(fā)生裝置的制作方法
—種運動目標發(fā)生裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運動目標發(fā)生裝置，其基于彈性勢能存儲，電磁機構(gòu)釋放可實時再現(xiàn)動態(tài)線運動過程，運動目標可復用，并可產(chǎn)生一定范圍動態(tài)線運動信號。屬于運動目標發(fā)生裝置。
(ニ)背景技術(shù)：
在很多應用領(lǐng)域，都需要實時跟蹤運動目標體，研究運動目標在運動過程中參數(shù)的變化情況。例如，在導彈的發(fā)射過程中，內(nèi)弾道出筒(導彈發(fā)射筒/箱)速度是判定發(fā)射系統(tǒng)性能是否正常、發(fā)射過程成功與否的重要參數(shù)。目前的測試系統(tǒng)多種多祥，導彈發(fā)射過程中運動參數(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，如何在實驗室環(huán)境下，在較小的空間內(nèi)，研制ー種可以模擬導彈運動參數(shù)變化過程，并可獲取相應的線運動信號，進而評價導彈發(fā)射參數(shù)測試系統(tǒng)的性能的實驗裝置，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)生線運動信號的運動目標發(fā)生裝置比較少，現(xiàn)列舉三種常見的裝置進行說明。
雙離心機裝置是用電機控制離心機，使其在規(guī)定時間內(nèi)達到一定的轉(zhuǎn)速，然后在一定的時間內(nèi)停止，從而產(chǎn)生一個標準的“角運動動態(tài)信號”的裝置。
空氣炮是ー種可以產(chǎn)生高速的線運動信號裝置，它是利用壓縮空氣使在炮筒內(nèi)的弾丸瞬間產(chǎn)生高速運動。如圖I為空氣炮結(jié)構(gòu)簡圖。其結(jié)構(gòu)主要由發(fā)射管，高壓氣室，釋放機構(gòu)和靶室組成。實驗初始，空氣壓縮機在氣室I中充氣至既定氣壓，釋放快開閥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)的測量裝置6。此裝置產(chǎn)生的是窄脈寬、高g值的加速度信號。而且體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜，運動目標在實驗完畢后被銷毀， 實驗費用高，危險，不易控制，不適合于實驗室內(nèi)、較小空間內(nèi)操作。
清華大學發(fā)明了ー種高速加速裝置(專利號200610114601. 0)，如圖2所示，采用慣性輪14作為試驗加速的動力，在繩索16的牽引下，使沿導軌17滑動的試件產(chǎn)生高速度。 此裝置主要是在電機的作用下實現(xiàn)加速過程，因此產(chǎn)生的加速度信號小，加速過程漫長 ’另外，它是在加速度恒定的前提下產(chǎn)生變化的速度信號，不能同時產(chǎn)生線位移，線加速度，線速度三種動態(tài)變化的線運動信號。
綜上所述，目前的運動目標發(fā)生裝置中所產(chǎn)生的運動信號大都存在動態(tài)精度低， 脈寬窄，非線性且不連續(xù)等缺點，而且運動目標運動時間太長，不用重復使用，使得實驗費用高，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動目標發(fā)生裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為ー 種采用彈簧存儲彈性勢能，電磁鎖定機構(gòu)鎖定和釋放能量相結(jié)合的方法，可再現(xiàn)動態(tài)線運動過程，運動目標可復用的，產(chǎn)生范圍可調(diào)、具有一定脈沖寬度與動態(tài)精度的，連續(xù)的，動態(tài)變化的線運動信號的運動目標發(fā)生裝置。
本發(fā)明為一種運動目標發(fā)生裝置，具體由彈性勢能存儲單元、能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)、裝置支撐臺、緩沖裝置與防護裝置五個部分組成。
所述的彈性勢能存儲單元，為ー壓縮彈簧，用來儲備能量。
所述的能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)用來鎖定或釋放由彈性勢能存儲單元所存儲的彈性勢能。它由步進電機、減速器、聯(lián)軸器、卷筒、定滑輪、纜繩、光軸、直線導軌、電磁控制單元、電磁鉄、電磁鐵安裝架、運動目標、直線軸承組成，電磁鉄、電磁鐵安裝架與運動目標合稱為電磁鎖定機構(gòu)。電磁控制電路與電磁鐵相連，通過控制電流通斷來控制電磁鐵與運動目標吸合與釋放狀態(tài)。壓縮彈簧，電磁鐵，運動目標、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螺釘安裝成一體，安裝在兩個直線導軌的滑塊上。運動目標在直線軸承左側(cè)安裝，可保護直線軸承。電磁鐵平面與運動目標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，一端通過定滑輪的滑道繞在卷筒上。步進電機與減速器相連，減速器又通過聯(lián)軸器與卷筒相連。
所述的裝置支撐臺用來支撐各組件。它包括左支座，右支座，組合支座以及工作臺。左支座、右支座、兩個直線導軌、組合支座安裝固定在工作臺平面上。
所述的緩沖裝置，安裝在右支座上，用來緩解運動目標對工作臺的沖擊，可降低運動目標的運動次數(shù)，同時可保護直線軸承。
所述的防護裝置與工作臺安裝結(jié)合，用于隔離實驗裝置，實現(xiàn)實驗過程中的安全保護。
其中，所述的電磁鐵設置為圓形吸盤式，中間留孔，以便穿入彈簧。
其中，運動目標為純鐵材料制成，內(nèi)置消磁電路。
其中，運動目標上設有安裝孔，可安裝加速度傳感器，使其實時感受動態(tài)運動信號，也可以安裝高速攝影系統(tǒng)的被測運動目標。
其中，所述的防護裝置為ー個透明的防護罩，采用雙開活頁式結(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發(fā)生裝置。即在運動目標的一側(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， 當運動目標運動吋，撞擊塊在與位移傳感器接觸到位移傳感器收縮的過程中，為位移傳感器提供了位移信號。
本發(fā)明裝置的動態(tài)運動過程可分為以下幾個階段
初使階段壓縮彈簧處于自由狀態(tài)，撥動電磁塊，使其在直線導軌上緩慢移動，直到與運動目標接觸后停止，電磁控制單元發(fā)出通電控制信號，給電磁塊通以電流，此時，電磁鐵與運動目標之間產(chǎn)生的電磁力，使兩者完全吸合，成為一體。
儲能階段電機控制単元向電機發(fā)生控制信號，步進電機啟動，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，纜繩拉動電磁鎖定機構(gòu)沿直線導軌向左支座方向運動，在給定位置處停止。在此過程中，彈簧被壓縮，弾性勢能被存儲。因此可以通過設置彈簧壓縮的長度控制儲存能量的大小，進而控制彈簧釋放時的沖擊カ的大小，控制線運動信號的范圍，從而實現(xiàn)對運動目標最大速度、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，電磁鐵與運動目標間的電流瞬間消失，此時，運動目標在彈簧力的作用下，迅速彈開，此時，彈簧力產(chǎn)生的定向沖擊力推動運動目標沿光軸作直線運動，產(chǎn)生動態(tài)變化的線運動信號。
剩余能量回收階段當運動目標運動到與緩沖裝置相接觸時，緩沖裝置吸收剩余能量，減少運動目標體往復運動的次數(shù)，直至其停止運動，回到平衡位置。
信號發(fā)生原理
以彈簧自然狀態(tài)作為坐標原點，運動目標的加速度與質(zhì)量、彈力，阻力滿足以下關(guān)
F-f = ma
可見，運動目標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
1.一種運動目標發(fā)生裝置，具體由彈性勢能存儲單元(20)、能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)、裝置支撐臺、緩沖裝置(23)與防護裝置(24)五個部分組成，其特征在于所述的彈性勢能存儲單元(20)，為ー壓縮彈簧，用來儲備能量；所述的能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)用來鎖定或釋放由彈性勢能存儲單元(20)所存儲的彈性勢能；它由步進電機(211)、減速器(212)、聯(lián)軸器(213)、卷筒(214)、定滑輪(215)、纜繩(216)、光軸(217)、直線導軌(218)、電磁控制單元、電磁鐵(219)、電磁鐵安裝架(2110)、 運動目標(2111)、直線軸承(2112)組成，其中電磁鐵(219)、電磁鐵安裝架(2110)與運動目標(2111)合稱為電磁鎖定機構(gòu)；電磁控制電路與電磁鐵(219)相連，通過控制電流通斷來控制電磁鐵(219)與運動目標(2111)吸合與釋放狀態(tài)；壓縮彈簧(20)、電磁鐵(219)、 運動目標(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)通過螺釘安裝成一體，安裝在兩個直線導軌(218)的滑塊上；運動目標(2111) 在直線軸承(2112)左側(cè)安裝；電磁鐵(219)平面與運動目標(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，一端通過定滑輪(215)的滑道繞在卷筒(214)上；步進電機(211)與減速器(212)相連，減速器(212)又通過聯(lián)軸器(213)與卷筒(214)相連；所述的裝置支撐臺用來支撐各組件；它包括左支座(222)、右支座(224)、組合支座 (221)以及工作臺(223);左支座(222)、右支座(224)、兩個直線導軌(218)、組合支座 (221)安裝固定在工作臺(223)的平面上；所述的緩沖裝置(23)，安裝在右支座(224)上，用來緩解運動目標(2111)對工作臺 (223)的沖擊，可降低運動目標的運動次數(shù)，同時可保護直線軸承(2112)；所述的防護裝置(24)與工作臺安裝結(jié)合，用于隔離實驗裝置，實現(xiàn)實驗過程中的安全保護。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于所述的裝置是采用彈簧存儲彈性勢能，電磁鎖定機構(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所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于所述的電磁鐵(219) 設置為圓形吸盤式，中間留孔，以便穿入彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于所述的運動目標 (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所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于所述的運動目標 (2111)上設有安裝孔，安裝加速度傳感器，使其實時感受動態(tài)運動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于所述的運動目標 (2111)上設有安裝孔，安裝高速攝影系統(tǒng)的被測運動目標。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在干所述的防護裝置(24) 為ー個透明的防護罩，采用雙開活頁式結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種運動目標發(fā)生裝置，其特征在于本裝置進ー步包含一輔助模塊，即在運動目標的ー側(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，當運動目標運動吋，撞擊塊在與位移傳感器接觸到位移傳感器收縮的過程中，為位移傳感器提供了位移信號。
專利摘要
本發(fā)明一種運動目標發(fā)生裝置，由彈性勢能存儲單元、能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)、裝置支撐臺、緩沖裝置與防護裝置組成彈性勢能存儲單元為一壓縮彈簧；能量儲備與釋放執(zhí)行機構(gòu)中，電磁控制電路與電磁鐵相連；壓縮彈簧、電磁鐵、運動目標、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，安裝在直線導軌的滑塊上；運動目標在直線軸承左側(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；步進電機與減速器相連，減速器通過聯(lián)軸器與卷筒相連；裝置支撐臺的左支座、右支座、雙直線導軌、組合支座安裝在工作臺平面上；緩沖裝置安裝在右支座上；防護裝置與工作臺安裝結(jié)合。
文檔編號F41B7/00GKCN101315262 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200810114337
公開日2012年7月25日 申請日期2008年6月3日
發(fā)明者孟曉風, 王琳, 王莉莉 申請人:北京航空航天大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),