Verfahren und Einrichtung zur Messung von Gescho?geschwindigkeiten.
Es sind bereits zahlreiche Methoden vor- geschlagen worden, um die Geschwindigkeit von Geschossen zu messen. Die bekannten zur Darchführung dieser Verfahren dienenden Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, da? sie zum mindesten teilweise in der Geschossflugbahn selbst liegen müssen.
Es sei in diesem Zusammenhang nur auf das ballistische Pendel und den Apparat von Le Boulengé (1864) verwiesen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass es auBer- ordentlich schwierig ist, die zur Messung die- nenden Apparaturen in die GeschoBflugbahn zu verlegen.
Es wurde deshalb auch versucht, vermittelst optischer Messungen die Geschoss- geschwindigkeit festzustellen. Die Intensi täten, die zur Verfügung stehen, sind jedoch so klein, dass es bis heute nicht gelungen ist, mittels gewöhnlicher Photozellen einwand- freie. Gesehossgesehwindigkeitsmessungen vorzunehmen.
Gegenstand vorliegender Erfindung bildet nun ein Verfahren, bei welchem die Zeit, die das GeschoB für die Zurücklegung eines bestimmten Weges erfordert, durch Liehtinten sitätsänderungen festgestellt wird, und zwar dadurch, da? zur Feststellung der Lichtinten sitätsänderungen Photozellen in Verbindung mit Elektronenvervielfachern verwendet werden.
Die Verbindung von Photozellen mit Elek tronenvervielfachem ermöglicht, die geringen Intensitätsänderungen, die beim Durchgang des Geschosses durch zwei Punkte entstehen, so zu verstärken, da? eine sofortige Registrie rung des Zeitintervalles möglich ist und damit die Geschossgeschwindigkeit direkt bestimmt werden kann.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist zwei Photozellen in Verbindung mit Elektronenvervielfachern und die zur Anvisierung von zwei Punkten der Geschossflugbahn notwen- dige Optik in einem Gehäuse auf, welches so gelagert ist, dass sowohl die Einstellungen vom Geschütz (Seite und Elevation) sowie die Neigung zur Anvisierung der Geschossflugbahn eingestellt werden k¯nnen.
An diesem Gehäuse kann ferner eine Beobachtungseinrichtung angebracht sein. vermittelst welcher zwei am Geschütz angebrachte Marken anvisiert werden können, damit der Abstand vom Geschütz bestimmt werden kann.
Es sind zahlreiche Einrichtungen denkbar, um zur Durchführung des erfindungsgemä- Ben Verfahrens zu dienen. Einige beispielsweise Ausführungsformen sind in den beilie genden Zeichnungen in den Fig. 1 bis 3 dargestellt.
In Fig. 1 ist schematisch ein Geschütz sowie die zur Messung der Gescho?geschwindigkeit dienende Einrichtung dargestellt.
Aus dem Geschütz l wird ein Geschoss 2 ? abgefeuert, das sich auf der Flugbahn 3 bewegt. Zwei Punkte dieser Gescho?flugbahn, 4 und 5, die einen Abstand von etwa 20 m auf der Gescho?flugbahn besitzen, werden nun für die Messung herangezogen bezw. der Durchgang des Geschosses durch diese beiden Punkte festgestellt und aus der Zeit, die zwischen dem Durchgang des Geschosses durcli die Punkte. 4 und 5 verstreicht, die Geschwin digkeit desselben festgestellt.
In dem Gehause 6 befinden sich zwei Spiegel 7 und 8, wovon Spiegel 7 Punkt 5 anvisiert und Spiegel 8 Punkt 4. Die Spiegel 7 und 8 werfen die auf sie fallenden Strahlen auf einen weiteren Spiegel 9. Spiegel 9 reflektiert die vom Spiegel 8 ankommenden Strahlen durch eine Öffnung 10 im Spiegel 7 auf die Schlitzblende 11. Im Seblitz 11 wird demnach ein Bild des Punktes 4 und umgekehrt im Schlitz 12 ein Bild des Punktes 5 erzeugt.
Es ist einleuchtend, dass beim Durchgang eines Geschosses durch die Punkte 4 und 5 Lichtintensitätsänderungen entstehen, die nun durch die Spiegeloptik auf die Schlitze 11 und 12 übertragen werden. Unmittelbar hinter den Schlitzen 11 und 12 befinden sich zwei Photozellen in Verbindung mit Elektronen- vervielfachern 13 und 14, die die Intensi tätsänderungen verstärken. Über ein Kabel 15 sind die Elektronenvervielfacher 13 und 14 mit einem weiteren Verstärker 16 verbunden.
Das Gehäuse 6 ist nun in einem Rahmen 17 drehbar gelagert. Rahmen 17 ist wiederum auf einem Stativ 18 ebenfalls drehbar befestigt. Damit ist es möglich, das Gehause genau so einzustellen, dass die Spiegel 7 und 8 die Punkte 4 und 5 anvisieren.
Die gezeichnete Achse a-a ist in jedem Fall parallel zur Kanonenrohrachse bezw. zur Gescho?bahn einzustellen. Auf der Achse erv ist schliesslich noeh eine Beobachtungseinrichtung 19, beispielsweise ein Fernrohr, angebracht. vermittels welchem erm¯glicht wird, durch Anvisierung zweier Marken 20 und 21 am Gesch tz den Winkel a und damit die Entfernung der Einrichtung vom Geschütz festzustellen. Dies ist notwendig, um den genauen Abstand der anvisierten Punkte zu bestimmen.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 k¯nnen nun die vom Elektronenvervielfacher 13 und vom Elektronenvervielfacher 14 ausgehenden Impulse in einer nicht dargestellten Einrich- tung registriert werden und aus der zwischen den einzelnen Impulsen liegenden Zeit die Gesehossgeschwindigkeit direkt ermittelt wer den. Die direkte Ermittlung ist beispielsweise in einfacher Weise durch Verwendung von mit einer Skala versehenem Papier zur Aufzeichnung der Impulse denkbar.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel besitzt jedoch den Nachteil, da? infolge des gekreuzten Strahlenganges der Abstand der Apparatur vom Geschütz festgestellt werden muss, was eine Erschwerung der Messung bedeutet.
In den Fig. 2 und 3 isteine Ausfiihrung dargestellt. bei der die Abstandsmessung wegfallt. Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau dieser Ausführungsform und Fig. 3 den Strahlengang.
In zwei Zylindern 22 und 23, deren Ach- sen parallel stehen, ist je ein Spiegel 24 und 25 angeordnet. Diese Spiegel 24 und 25 reflektieren ähnlich wie beim Ausführungsbei- spiel nach Fig. 1 auf zwei Spiegel 26 und 27.
Die Spiegel 26 und 27 vereinigen die auf sie fallenden Strahlen auf den Schlitzblenden 28 und 29 und erzeugen dort ein Bild des Geschosses 2. Hinter den Schlitzblenden 28 und 29 sind wiederum zwei Photozellen in Verbindung mit Elektronenvervielfachern 30 und 31 angebracht. Der Elektronenvervielfacher 28 steht in Verbindung mit einer Laufzeit- kette 32. Laufzeitkette 32 wiederum ist elek- trisch mit einem Kallirotron 33 verbunden.
Der Elektronenvervielfacher 31 steht ebenfalls mit dem. Eallirotron 33 über ein DÏmpfungsglied d 34 in Verbindung. Dieses Kallirotron stellt eine Kippschaltung dar, die durch den einen Impuls zum einmaligen Kippen gebracht wird und durch den zweiten Impuls zurückkippt. Kommen nun die Impulse gleichzeitig an, so kippt die Schaltung nicht ; das Anzeigeinstrument 35 zeigt keinen Ausschlag. Verharrt dagegen die Schaltung kurze Zeit in gekipptem Zustand, so flieBt durch das Anzeigeinstrument eine diesem Zeitintervall entsprechende Strommenge.
In Fig. 3 ist der Strahlengang, beispielsweise im Zylinder 22, vergrössert dargestellt.
Die praktisch parallel auf den Spiegel 24 auftreffenden Strahlen werden über Spiegel 26 auf die Sehlitzblende 28 reflektiert, wo ein Bild des Geschosses 2 erzeugt wird. Unmittelbar hinter der Schlitzblende 28 befindet sich die Photozelle mit angeschlossenem Elek- tronenvervielfacher 30, in welchem in bekannter Weise die auffallende Lichtintensität bei gleichzeitiger Verstärkung in eine Spannung umgewandelt wird.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 und 3 dargestellten Einrichtung ist folgende :
Die Zylinder 22 und 23, die eine Spiegeloptik oder auch eine Linsenoptik enthalten, sind in einem Abstand von etwa 1 bis 2 m parallel zueinander aufgestellt.
Das Geschoss 2 wird nun beim Durchfliegen der durch die Zylinder 22 und 23 an visierten Punkte eine Lichtintensitätsände- rung in den Photozellen und dadurch eine Stromänderung sowohl am Elektronenvervielfacher 30 wie 31 verursachen, wobei diese IntensitÏtsÏnderungen je nach der GeschoBge schwindigkeit um eine bestimmte Zeit aus- einander liegen.
Bei Geschwindigkeitsmessungen von Geschossen handelt es sich jedoch stets nur darum, festzustellen, wie groB die Differenz der tatsÏchlichen von der verlangten vorge schriebenen Geschossgesehwindigkeit ist. Beträgt die vorausbestimmte GeschoBgeschwin digkeit800m.proSek.,.so' ist bekannt, in welchem Zeitintervall sich die Intensitäts- änderungen zwischen den Elektronenverviel- fachem 30 und 31 folgen werden. Eine Abweichung von dieser vorausbekannten Ge schwindigkeib wird daher eine Differenz in diesem vorausbestimmten Zeitintervall bewirken. Diese Tatsache wird bei dem Beispiel nach Fig. 2 ausgenützt.
Der Elektronenver- vielfacher 30 steht mit einer Laufzeitkette 32 oder einem Eunstkabel in Verbindung, welches genau auf diejenige Laufzeit einge- stellt ist, die der verlangten GeschoBgeschwin digkeit, d. h. der Zeit, die bei dieser Geschoss- gescbwindigkeit zwischen den Impulsen der Elektronenvervieliacher 30 und 31 liegt, ent- spricht
Der Elektronenvervielfacher 31 steht nun tuber ein Dämpfungsgliedt 34 mit einem Kalli- rotron 33 in Verbindung. Ebenfalls ist der Elektronenvervielfacher 30 über die Laufzeib kette 32 mit dem Kallirotron verbunden.
Es ist klar, daB nunmehr bei einer Ge schwindigkeitsmessung, bei welcher die Ge- sohossgesehwindigkeit genau der Einstellung an der Laufzeitkette 32 entspricht, die Impulse des Elektronenvervielfachers 30 und 31 gleichzeitig am Eallirotron eintreffen. An dem mit dem Kallirotron verbundenen Instrument 35, das Differenzen anzeigt, wird demnach kein Ausschlag festgestellt werden. können. Dagegenj werden alle Abweichungen von derjenigen Gesehossflugzeit, die kleiner oder gröBer isb als die an der Laufzeitkette 32 eingestellte Verzögerung, sofort am Instrument t 35 durch einen Ausschlag festgestellt werden können.
Mithin ist durch den Ausschlag am Instrument 35 eine Abweichung, und zwar gr¯?enmÏ?ig, von der normalen ver langten Gesehossgeschwindigkeit ablesbar.
Wird nun die Laufzeitkette 32 variabel ausgebildet, so können an ihr sämtliche ge gebenen GeschoBgeschwindigkeiten eingestellt und damit die jeweiligen Abweichungen am Instrument abgelesen werden.
Die Ausbildung einer variablen Laufzeit- kette ist jedoch ziemlich kostspielig. Eine variable Laufzeitkette wird deshalb nur dann vorgesehen werden, wenn mit der Apparatur Gesehossgesehwindigkeiten von etwa 200 bis 1000 m pro Sek. gemessen werden sollen.
Handelt es sich jedoch darum, Gescho?gesehwindigkeiten, die nur um 100 bis 200 m pro Sek. differieren, zu vermessen, so ist es einfacher, die Laufzeitkette 32 fest und die Zylinder 22 und 23 verschiebbar auszubilden.
Es ist ja einleuchtend, da. eine Versehiebung der Zylinder 22 und 23 gegen- bezw. auseinander eine Verkleinerung bezw. Ver grösserung der zwischen den Impulsen der Elektranenvervielfacher 30 und 3 liegemclen Zeit bedeutet.
Wie bereits erwähnt, ist diese Ausführung infolge der notwendigen rÏumlichen Be grenzung der Apparatur nur dann möglich, wenn Geschossgeschwindigkeiten, die nur um 100 bis 200 m pro Sek. auseinanderliegen, gemessen werden sollen. Es kann dann der Abstand, den die Zylinder 22 und 23 voneinan- der aufweisen müssen, damit die Impulse unter Einschlu? der festen Laufzeitkette gleichzeitig am Eallirotron eintreffen, genau ermittelt werden. Die Abweichungen von der Normalgeschwindigkeit werden dann wie derum, wie gezeigt, am Instrument 35 abgelesen.
An Stelle der elektrischen Laufzeitkette kannselbstverständlichauchirgendeine Einrichtung verwendet werden, mit der ein vom EIektronenvervielfacher ausgehender Impuls um eine bestimmte feste oder veränderliche Zeit verzögert werden kann.
Bei der bisherigen Darstellung wurde davon ausgegangen, dass die Messungen bei Tageslicht vorgenommen werden. Die Apparatur erlaubt jedoch, in einfacher Weise die Messungen bei Nacht vorzunehmen. Es sind zu diesem Zwecke im Strahlengang beispielsweise unter Zuhilfenahme von halbversilberten Spiegeln entsprechende Lichtquellen vor- zusehen, die das Geschoss bei seinem Durchgang durch die anvisierten Punkte beleuchten.
Das Gescho? wird dann bei seinem Durchgang durch diese Punkte das auffallende Licht reflektieren und wiederum eine Inten sitätsänderung verursaehen, die in genau derselben Weise wie bei Messungen bei Tageslicht durch die Photozellen in Verbindung mit den Elektronenvervielfachern aufgefans gen und weitergeleitet wird.
Die gezeigten Aussführungsbeispiele zei gen einfache Möglichkeiten, um das erfin- dungsgemässe Verfahren zu realisieren. Selbst- verständlich Ist es jedem Fachmann möglich, zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele anzugeben, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Method and device for measuring projectile velocities.
Numerous methods have been proposed for measuring the speed of projectiles. However, the known devices used to carry out these processes have the disadvantage that? they must lie at least partially in the projectile trajectory itself.
In this context we only refer to the ballistic pendulum and the apparatus of Le Boulengé (1864).
It has been shown, however, that it is extremely difficult to move the apparatus used for the measurement in the floor trajectory.
An attempt was therefore also made to determine the bullet speed by means of optical measurements. The intensities that are available, however, are so small that it has not yet been possible to achieve perfect results using conventional photocells. To make ground speed measurements.
The subject of the present invention now forms a method in which the time required by the floor to cover a certain path is determined by Liehtinten sittinten changes in the fact that? photocells in connection with electron multipliers are used to determine the changes in light intensity.
The connection of photocells with electron multipliers enables the slight changes in intensity that occur when the projectile passes through two points to be amplified in such a way that? an immediate registration of the time interval is possible so that the bullet speed can be determined directly.
The device according to the invention for carrying out the method has two photocells in connection with electron multipliers and the optics required for aiming at two points of the projectile trajectory in a housing, which is mounted so that both the settings of the gun (side and elevation) and the Inclination for sighting the bullet trajectory can be set.
An observation device can also be attached to this housing. by means of which two marks attached to the gun can be sighted so that the distance from the gun can be determined.
Numerous devices are conceivable in order to serve to carry out the method according to the invention. Some example embodiments are shown in the accompanying drawings in FIGS. 1 to 3.
In FIG. 1, a gun and the device used to measure the projectile velocity are shown schematically.
The gun 1 becomes a projectile 2? fired, moving on trajectory 3. Two points of this floor trajectory, 4 and 5, which are about 20 m apart on the floor trajectory, are now used for the measurement. the passage of the projectile through these two points is determined and from the time between the passage of the projectile through the points. 4 and 5 elapsed, the speed of the same determined.
In the housing 6 there are two mirrors 7 and 8, of which mirror 7 is aimed at point 5 and mirror 8 at point 4. The mirrors 7 and 8 cast the rays falling on them onto another mirror 9. Mirror 9 reflects the rays arriving from mirror 8 through an opening 10 in the mirror 7 onto the slit diaphragm 11. In the Seblitz 11, an image of the point 4 and vice versa in the slit 12 an image of the point 5 is generated.
It is obvious that when a projectile passes through points 4 and 5, changes in light intensity occur which are now transmitted to slots 11 and 12 by the mirror optics. Immediately behind the slots 11 and 12 there are two photocells in connection with electron multipliers 13 and 14, which amplify the intensity changes. The electron multipliers 13 and 14 are connected to a further amplifier 16 via a cable 15.
The housing 6 is now rotatably mounted in a frame 17. Frame 17 is in turn also rotatably attached to a stand 18. This makes it possible to adjust the housing exactly so that the mirrors 7 and 8 aim at points 4 and 5.
The drawn axis a-a is in each case parallel to the gun barrel axis BEZW. to adjust to the story. Finally, an observation device 19, for example a telescope, is also attached to the axis erv. by means of which it is possible, by aiming at two marks 20 and 21 on the gun, to determine the angle α and thus the distance of the device from the gun. This is necessary to determine the exact distance between the targeted points.
With the device according to FIG. 1, the pulses emanating from the electron multiplier 13 and from the electron multiplier 14 can now be registered in a device (not shown) and the eye speed can be determined directly from the time between the individual pulses. The direct determination is conceivable, for example, in a simple manner by using paper provided with a scale for recording the pulses.
However, the embodiment shown in Fig. 1 has the disadvantage that? as a result of the crossed beam path, the distance between the apparatus and the gun must be determined, which makes the measurement more difficult.
In FIGS. 2 and 3 one embodiment is shown. in which the distance measurement is omitted. FIG. 2 schematically shows the structure of this embodiment and FIG. 3 shows the beam path.
A mirror 24 and 25 is arranged in each of two cylinders 22 and 23, the axes of which are parallel. These mirrors 24 and 25 reflect on two mirrors 26 and 27 in a manner similar to the embodiment according to FIG.
The mirrors 26 and 27 combine the rays falling on them onto the slit diaphragms 28 and 29 and there generate an image of the projectile 2. Behind the slit diaphragms 28 and 29, two photocells in connection with electron multipliers 30 and 31 are again attached. The electron multiplier 28 is connected to a transit time chain 32. The transit time chain 32 is in turn electrically connected to a kallirotron 33.
The electron multiplier 31 is also with the. Eallirotron 33 connected via an attenuator d 34. This kallirotron represents a flip-flop which is caused to flip once by one pulse and flips back by the second pulse. If the impulses arrive at the same time, the circuit does not flip; the display instrument 35 shows no deflection. If, on the other hand, the circuit remains in the tilted state for a short time, an amount of current corresponding to this time interval flows through the display instrument.
In Fig. 3 the beam path, for example in the cylinder 22, is shown enlarged.
The rays impinging practically parallel to the mirror 24 are reflected by means of mirrors 26 onto the seat diaphragm 28, where an image of the projectile 2 is generated. Immediately behind the slit diaphragm 28 is the photocell with an attached electron multiplier 30, in which the incident light intensity is converted into a voltage in a known manner with simultaneous amplification.
The operation of the device shown in Fig. 2 and 3 is as follows:
The cylinders 22 and 23, which contain mirror optics or lens optics, are set up parallel to one another at a distance of approximately 1 to 2 m.
The projectile 2 will now cause a change in the light intensity in the photocells when it flies through the points targeted by the cylinders 22 and 23 and thus a change in current both at the electron multiplier 30 and 31, with these changes in intensity depending on the projectile speed by a certain time. lie to each other.
When measuring the speed of bullets, however, it is always a question of determining how great the difference is between the actual and the required, prescribed bullet speed. If the predetermined projectile speed is 800 m.per second, then it is known in which time interval the intensity changes between the electron multipliers 30 and 31 will follow. A deviation from this previously known speed will therefore cause a difference in this predetermined time interval. This fact is used in the example according to FIG.
The electron multiplier 30 is connected to a transit time chain 32 or an electric cable which is set precisely to the transit time that corresponds to the required floor speed, i.e. H. the time between the pulses of the electron multipliers 30 and 31 at this projectile velocity corresponds
The electron multiplier 31 is now connected to a callirotron 33 via an attenuator 34. The electron multiplier 30 is also connected to the kallirotron via the chain 32.
It is clear that now with a speed measurement in which the floor speed corresponds exactly to the setting on the transit time chain 32, the pulses of the electron multiplier 30 and 31 arrive at the Eallirotron at the same time. Accordingly, no deflection will be detected on the instrument 35 connected to the kallirotron, which displays differences. can. On the other hand, all deviations from that visor flight time that are smaller or larger than the delay set on the delay chain 32 can be detected immediately on the instrument t 35 by a deflection.
As a result of the deflection on the instrument 35, a deviation, and indeed a large one, from the normal required eye speed can be read off.
If the transit time chain 32 is now designed to be variable, then all given floor velocities can be set on it and the respective deviations can thus be read off on the instrument.
The formation of a variable runtime chain is quite expensive, however. A variable transit time chain will therefore only be provided if the apparatus is to be used to measure visual speeds of around 200 to 1000 m per second.
If, however, it is a question of measuring storey velocities that differ by only 100 to 200 m per second, then it is easier to design the transit time chain 32 to be fixed and the cylinders 22 and 23 to be displaceable.
It makes sense there. a displacement of the cylinders 22 and 23 against or. apart a reduction respectively. Increasing the time between the pulses of the electron multipliers 30 and 3 means.
As already mentioned, due to the necessary spatial limitation of the apparatus, this design is only possible if projectile speeds that are only 100 to 200 m per second apart are to be measured. It can then be the distance that the cylinders 22 and 23 must have from one another so that the pulses including the of the fixed transit time chain arrive at the Eallirotron at the same time, can be precisely determined. The deviations from normal speed are then read on the instrument 35 again, as shown.
Instead of the electrical delay chain, any device can of course also be used with which a pulse emanating from the electron multiplier can be delayed by a certain fixed or variable time.
In the previous presentation, it was assumed that the measurements are made in daylight. However, the apparatus allows the measurements to be carried out in a simple manner at night. For this purpose, appropriate light sources are to be provided in the beam path, for example with the aid of semi-silver-plated mirrors, which illuminate the projectile as it passes through the targeted points.
The floor? will then reflect the incident light as it passes through these points and in turn cause a change in intensity, which is captured and passed on in exactly the same way as with measurements in daylight by the photocells in connection with the electron multipliers.
The exemplary embodiments shown show simple possibilities for implementing the method according to the invention. It goes without saying that it is possible for any person skilled in the art to provide numerous further exemplary embodiments without departing from the inventive concept.