Форум Клуба Любителей Пневматического Оружия
23 Ноябрь 2017, 15:47:11 *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
Вам не пришло письмо с кодом активации?

Войти
Новости:
 
   Начало   Помощь Поиск Войти Регистрация  
Страниц: [1]   Вниз
  Печать  
Автор Тема: Все о точности хронографа. Пять факторов погрешностей.  (Прочитано 148 раз)
0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему.
Agioso
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Reputation: +5173/-1
Offline Offline

Сообщений: 5189

Тольятти

Сергей


WWW
« : 14 Ноябрь 2017, 00:26:55 »

Споры о точности хронографов всегда были и всегда будут. Какой хронограф точнее? Как они калибруются? На что обращать внимание при создании самодельного хронографа? В данной статье я постараюсь изложить все свои мысли, формировавшиеся у меня годами, причем постараюсь, чтобы было понятно не только электронщикам. Надеюсь, мой опыт окажется полезен и хотя бы чуточку снизит накал не утихающих споров.
Для начала в двух словах объясню принцип работы любого цифрового (да и не только) хронографа.

Два датчика установлены на пути движения пули на некотором известном расстоянии друг от друга. Датчики, фиксируя пролетающую через них пулю, формируют сигналы, которые подаются на микроконтроллер. Первый датчик запускает счетчик, второй останавливает его и подсчитывает скорость: известное расстояние между датчиками делится на подсчитанное время. Казалось бы, все просто, но вспоминается:

«- А что картошка? Ты думаешь картошка - это так просто, сварил и съел? Не тут то было, из картошки знаешь сколько блюд приготовить можно? Картошка жаренная, отварная, пюре, дальше, картофель фри, картофель пай... Картофельные пирожки с мясом, грибами и т.д., картофельные оладьи, соус грибной, соус томатный, сметанный и т.д., картофельный рулет, запеканка, картофель тушеный с черносливом, картофель тушеный с лавровым листом и с перцем, картофель молодой отварной с укропом, шанди... И это только блюда из картошки.» (Кинофильм «Девчата»)

Так и тут, в простом на первый взгляд принципе присутствует много факторов, влияющих на результат. И так как показания рассчитываются из двух значений (расстояние и время), то и факторы эти делятся на те, что влияют на расстояние и те, что влияют на время. Рассмотрим их все. Начнем со времени.

1) Подсчет времени микроконтроллером.
Возьмем идеальные датчики с мгновенным реагированием, подключим их к микроконтроллеру. Первый датчик запускает прерывание и включает счетчик, второй запускает другое прерывание и останавливает счетчик. Неким образом обеспечим срабатывание датчиков с точным интервалом 100мкс. Сколько при этом насчитает счетчик? Тоже 100мкс? А вот и нет. Меньше, аж на несколько микросекунд. Почему? Дело в то, что в микроконтроллере в это время происходит еще несколько операций "съедающих" такты микроконтроллера. И если их не учитывать, а просто взять значение со счетчика, то прибор заметно завысит, например на 10м/с - именно на столько часто завышают самодельные приборы начинающих хроноделов. Как проверить количество "съеденных" тактов? Да также как уже описал: сэмулировать включение датчиков внешним устройством, проследить точность интервала осциллографом и проверить, сколько тактов недосчитал счетчик. Кстати по поводу тактов. Микроконтроллер работает с некой тактовой частотой. При этом лучше чтобы ее задавал кварц и частота эта была как можно больше. У меня, например, это кварц 16МГц с погрешностью не более 0.001МГц, то есть вносимая погрешность в показания не более 0.006% и этой погрешностью можно пренебречь.

2) Время реакции датчиков.
Датчики не идеальны и срабатывают не мгновенно. И ладно если задержка всегда и у всех одинаковая - первый датчик сработал с задержкой, второй сработал с той же задержкой - результат то будет тот же. Но нет, задержки, к сожалению, разные и нам важно учесть не саму задержку, а разницу между временем задержки датчиков. Что на нее влияет? Разная чувствительность самих датчиков, разница в освещении, разница в отражающей способности поверхности (если датчики используют отражение). И эта разница будет разная (прошу прощения за тавтологию) не только у разных приборов, но даже у одного прибора при разной освещенности, или разной степени запыленности датчиков или отражающей поверхности. И единственный выход учесть эту погрешность - процедура самокалибровки, когда микроконтроллер сам эмулирует реагирование датчиков и проверяет, сколько сам же насчитал. Если взять мои приборы, то там данная процедура называется "автокалибровка" и ее можно запустить в любой момент. При этом корректируется калибровочный параметр "Р", который исчисляется в тактах процессора. И можно заметить, что при разном освещении этот параметр после запуска автокалибровки будет разным - прибор точно учитывает любое изменение. А дальше при измерении просто добавляем это значение «Р» к подсчитанному счетчиком и получаем необходимую коррекцию.

3) Время реакции датчиков на пулю.
Чувствительность датчиков, освещение и прочее учли, но еще на реакцию датчика влияет расположение пули относительно активного луча датчика. Если пуля проходит по центру, полностью перекрывая луч, то датчик срабатывает максимально быстро. Если же пуля задевает луч лишь краем, то задержка увеличивается. Особенно если стреляем не тупоносым снарядом, а остроносым. Например, у ближнего датчика пуля прошла по центру луча, а у дальнего краем – дальний датчик среагирует позже, счетчик насчитает чуть больше и скорость отобразится меньше. И это актуально и для надульного хронографа и для рамочного. С надульным понятно - там всего два датчика, два луча. Например, соосность нарушена (прибор провисает под собственным весом) - первый луч пуля пройдет по центру, а второй чуть выше, тем самым слегка уменьшив показания прибора. Решением проблемы при этом является максимальная соосность, то есть хороший переходник, одевающийся максимально плотно и не дающий провисать прибору. С рамочным сложнее. Приведу схему лучей моего рамочника.

Видно что есть точки с густым переплетением лучей, а есть с разреженным. Если пуля попадет в густое переплетение - датчик сработает быстрее, если в разреженную - с задержкой. И тут сложно что-то сделать. При изготовлении хронографа следует плотнее располагать датчики, а при стрельбе стараться стрелять в одну точку, чтобы хотя бы повторяемость результата была. Конечно данная погрешность не такая большая, может 1, максимум 2м/с (если соседние датчики располагаются далеко друг от друга) на пневматических скоростях, но это одна из причин по которой считается что надульный прибор чуть точнее. Хотя на самом деле дело не в точности, а в повторяемости.

4) Угол наклона ствола.
Другая причина по которой надульный хронограф чуть выигрывает в точности (повторяемости) - это невозможность стрельбы под углом. Лучей всего два, при стрельбе под углом пуля пройдет мимо луча и датчик просто не сработает. Другое дело рамочник: датчики сработают даже при большом наклоне, но пуля при этом пройдет большее расстояние, счетчик насчитает большее время и показание окажется ниже реального.

Можно даже точно посчитать: V=Vист*cos(a), где V - отображаемая скорость, Vист - истинная скорость, а - угол отклонения канала ствола от оси хронографа. Для примера при отклонении на 5 градусов прибор занизит на 0.4%, а при отклонении на 10 градусов - на 1.5%. Эта формула актуальна абсолютно для любых хронографов и единственное решение проблемы - стараться стрелять прямо, без наклона.

5) Реальное расстояние между датчиками.
При расстоянии между датчиками (так называемой базе) в 50мм, погрешность этого расстояния на 0.1мм даст погрешность скорости 0.2%, то есть 0.6м/с при скорости 300м/с. А ведь при установке датчиков вручную, например, путем сверления отверстий под них в трубке прибора, сложно добиться точности даже 0.2мм. В рамочном приборе с раздельными платами ситуация та же. Если же датчики размещаются на единой плате, ситуация лучше, так как платы обычно выполняются на высокоточном оборудовании с точностью в сотые и даже тысячные миллиметра. Но и там при пайке датчики могут смещаться на несколько десяток. К тому же сами глазки в датчиках размещены далеко не всегда по центру, и также могут вносить погрешность в несколько десяток. Для наглядности фото линейки датчиков, стрелками показал отклонение глазков, и это только те, что видны.

Таким образом, набегает уже целый миллиметр, а то и больше. А главное все вышеназванное просто не реально измерить и учесть. Выхода два, либо увеличивать расстояния между датчиками настолько, что технологическая погрешность станет ничтожной и не будет сильно влиять на результат (но тогда возникнут другие сложности), либо все же  постараться максимально выявить индивидуальное значение базы. Берется большая партия (например, 20 или 40шт) рамочных приборов с единой платой под датчики. Берем за основу тот факт, что среднее расстояние между реальным расположением глазков датчиков равно известному расстоянию на плате (в моем случае это 95мм). Отстреливаем приборы по несколько штук за раз, используя один переходящий прибор во всех отстрелах. Записываем отклонения приборов относительно переходящего, вычисляем среднее, и относительно него калибруем все приборы (указываем точное индивидуальное значение базы для каждого прибора). В итоге все приборы показывают одинаково, и среднее значение выставленной базы соответствует известному расстоянию на плате (95мм). Правда при одновременно отстреле нужно учитывать тот факт, что пуля в полете теряет скорость. В калибре 4,5 при скорости 280 пуля будет терять порядка 1м/с на каждый метр. А в самом начале своего полета (экспериментально выяснилось) 1м/с теряется уже на 50см. И соответственно приборы при одновременном отстреле покажут разное значение – если они настроены одинаково, то ближний всегда покажет больше, как ни тусуй их между собой.

Post scriptum
Часто слышу вопрос, что я использую в качество эталона для калибровки. И каждый раз пытаюсь объяснить человеку, что эталона не может существовать в принципе. Нет эталонного 1м/с, хранящегося под колпаком в Париже. Допустим нашли мы супер-пупер точный прибор, прошедший многократную метрологическую проверку, начали по нему ровняться. Калибруем по нему месяц, другой, год... Где гарантия что прибор не начнет подвирать от оседающей на нем пыли, старении датчиков и прочих факторов? Гарантии нет, а отсылать каждую неделю на проверку в какой то специализированный центр нереально (да и не нашел я такого центра в России, может плохо искал). Может быть взять за эталон супер точную винтовку с точно известной скоростью? Ситуация та же. Никто не даст гарантии, что винтовка спустя тысячи выстрелов, будет все также стабильно стрелять. Да и настолько качественных и стабильных пуль не найдешь. Единственный возможный вариант (однако опять же не гарантирующий точность) - взять несколько разных рамочных хронографов разных производителей, и осуществить одновременный отстрел, допустив, что среднее значение всех этих хронографов окажется истинным (что далеко не факт). Но, как я уже сказал, при этом следует учитывать падение скорости пули, то есть то, что ближние приборы должны показать больше последних. Я такие эксперименты производил - отклонение в пределах заявленной погрешности, даже видео есть, если нужно дам ссылку.
« Последнее редактирование: 14 Ноябрь 2017, 01:03:46 от Agioso » Записан

>>>>>ПРАВИЛА ФОРУМА<<<<<

  
Hatsan 135 SAS QT + ГП + СМ + Leapers 3-9x40
Иж60-PCP (металл) + VO Dorado 4-16x50
Крысеныш 1377 PCP
Баллон ВД, Насос Benjamin, Дальномер
Было: Gamo Shadow 1000, Crosman
Страниц: [1]   Вверх
  Печать  
 
Перейти в:  

Купить квадрокоптер DJI Mavic pro в Калининграде


Powered by SMF 1.1.19 | SMF © 2006-2008, Simple Machines