專利名稱：紅外尋的演示槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于教具，具體地說是一種紅外尋的演示槍。
現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得光學原理與技術(shù)滲透到宏觀世界與微觀世界的各個領(lǐng)域，光學儀器已在宇宙探測、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防軍事等方面得到廣泛應(yīng)用，更是科學研究不可或缺的手段，因此，有必要向?qū)W生傳授這方面的知識，通過演示實驗，使他們獲得感性認識。
(三)實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種紅外尋的演示槍，它可以通過演示該實驗裝置講述凸、凹透鏡原理、透鏡成像應(yīng)用、紅外線搜尋目標以及自動瞄準定位、自動準確打擊目標等一系列過程。
為了達到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是該紅外尋的演示槍包括燃燭和底座，其特征在于——底座平面上相鄰裝有一個以O(shè)x為軸心的轉(zhuǎn)盤和一個X掃描遇阻反轉(zhuǎn)電機Mx，轉(zhuǎn)盤的圓周邊與Mx的摩擦套軸相靠，Mx兩側(cè)設(shè)有立柱型碰釘，套軸上橫向有一根碰桿伸出，被限定在兩碰釘制約的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動；——轉(zhuǎn)盤的平面上安裝有凹槽形槍體，槍體的后端腳設(shè)滾筒樣轉(zhuǎn)軸OY，依托于轉(zhuǎn)盤的后邊沿，前端由纏繞在Y掃描可逆電機My套軸上的繩索牽引，收緊或放松繩索，槍體前端可上升或下降，My則由支撐架固定在轉(zhuǎn)盤前端平面一側(cè)的上方，My的套軸上橫向有一根撥桿伸出，可與裝在端蓋周邊上的限位開關(guān)S1、S2碰壓；——槍體凹槽內(nèi)安裝光學瞄準系統(tǒng)，前端正面裝凸面朝外的凸透鏡，中間裝單向曲面凹透鏡，后端內(nèi)面為像屏，其上豎直方向自上而下裝有一列受光面向前的光接收管D0、D1～Dn；——槍體凹槽的上端，縱向固定一支槍口朝前的壓力水槍，前方設(shè)定距離內(nèi)安放燃燭，水槍的尾部有壓力膠管和電磁閥與一個壓力溶液罐相連接；——一個非門控制器D，其輸入端1腳與并聯(lián)的光接收管D1～Dn連接，輸出端2腳與開關(guān)管V2輸入端連接，V2的輸出端與繼電器線圈K2串聯(lián)跨接在直流12V電源兩端，D的另一輸入端9腳與光接收管D0連接，輸出端8腳與開關(guān)管V1的輸入端連接，V1的輸出端與繼電器線圈K1串聯(lián)跨接在直流12V電源兩端；——一個交流驅(qū)動電路，它的受控于K1的一個觸點組的動觸點K1-1與交流電源一端連接，常開觸點K1-3與電磁閥YV一端連接，常閉觸點K1-2與行程限位開關(guān)S1-1、S1-2的一端并連接；S1-1的另一端連接受控于K2的兩個同步動作的觸點組的其中動觸點K2-1上，常開觸點K2-3與動觸點K2-1’、行程限位開關(guān)S1-2的另一端連接在一起，常閉觸點K2-2連接Mx的一端，常閉觸點K2-2’與My的降端連接，常開觸點K2-3’與行程限位開關(guān)S2-1、S2-2的一端并連接，S2-2的另一端連接My的升端，S2-1的另一端連接在Mx與K2-2連接的那一端上，YV、My、Mx的另一端并聯(lián)在一起連接在交流電源的另一端上。
本實用新型的優(yōu)點是1、結(jié)構(gòu)簡單，造價低，實驗易做。2、具有紅外搜尋瞄準系統(tǒng)，能自動搜尋前方設(shè)定立體空間內(nèi)任意位置的所有燃燭，并以0.4毫米口徑的水槍逐個準確地摧滅之。3、實驗精度高，能夠觀察到從搜尋目標、自動瞄準定位、水槍發(fā)射到逐個擊中目標的全過程。4、通過演示實驗，使學生了解光學器件在軍事上的應(yīng)用，獲得感性認識，實破了傳統(tǒng)教材講解透鏡成像應(yīng)用僅限于照相機、幻燈機、放大鏡的僵化格局。
圖2是光學瞄準機構(gòu)的示意圖。
圖3是機械動作機構(gòu)的示意圖。
圖4是控制電路圖。
2、水平(x)方向掃描范圍30°，有效滅燭距離范圍1500～2000mm。
3、堅直(y)方向掃描范圍10°，有效滅燭高度范圍100～250mm。


圖1說明槍體可作(x)方向和(y)方向轉(zhuǎn)動。
圖2是光學瞄準機構(gòu)的示意圖，圖中1是槍體，為凹槽形，前端裝有凸透鏡4，中部裝單向曲面凹透鏡5，后端內(nèi)面為像屏6，其上豎直方向自上而下裝有一列受光面朝前的光接收管D0、D1～Dn，28是“線”狀像，水槍管7裝在凹槽的上端，2是水槍的針口，S是目標燭光的燭焰。光學瞄準機構(gòu)是本槍的核心，其原理是對于固定的凸透鏡而言，物與像的位置是一一對應(yīng)的、確定的。同理，在三維空間轉(zhuǎn)動凸透鏡與像屏組合成的整體時，光軸也只有唯一的空間方位，能夠?qū)试撓灎T的燭焰，因此，燭焰的像落在像屏上的位置也是唯一的。此是若能沿光軸發(fā)射出近似直線的水流，即可達到準確摧滅燭焰的目的。由圖2可見，凸透鏡4、像屏6、槍管7是三位一體固裝在凹槽形槍體上的，并且整體聯(lián)動。像屏6固定在凸透鏡4的焦點處，使得相對遠的目標燭焰S都能在像屏上形成小而清晰的像。槍管與光軸平行，應(yīng)盡量靠攏。最后的瞄準點與“彈著點”之間的良好重合性需經(jīng)試驗調(diào)校定位。
安裝在像屏上的光接收管的作用是向控制電路提供瞄準動作信號、發(fā)射水槍信號和摧滅燭焰信號。其中D1～Dn(14只左右)用于檢測出槍體作水平面X掃描時捕捉到的燭光目標信號，D0用于Y掃描定位。這樣，目標群Sn中不同高度的燭焰像只要有一個落在D1～Dn中的任何一只光接收管上，都能促停X掃描。唯有“點”狀燭焰像(約1mm2大小)落在紅外接收管D0上時，槍體才停止掃描并發(fā)射水槍。
雖然D1～Dn的安裝系密相靠，但因接收管的感應(yīng)包小于管的外徑，兩相鄰管之間不可避免的會存在有盲區(qū)距離(約3mm左右)，這樣，在作X掃描時，由于燭焰像太小，可能會從兩管相鄰的間隙漏過，從而導致X掃描失敗。因此，在凸透鏡與像屏之間加裝一個單Y向發(fā)散的凹透鏡5，將燭焰像由一個1mm2左右的“點”狀縱向擴展為1×4mm2左右的“線”狀，因為它跨越了兩接收管間的盲區(qū)距離，消除了盲區(qū)，所以能確保X掃描萬無一失。而水槍的校準，則可利用“線”狀像的上端點觸及D0接收管為準。
圖3是機械動作機構(gòu)的示意圖，圖中，8是底座，3是轉(zhuǎn)盤，MX是X掃描用的小型減速同步機，9是Mx的軸套，10是碰桿，11是碰釘(共有兩只，左右各一只)，Ox是X掃描轉(zhuǎn)軸，Oy是Y掃描的轉(zhuǎn)軸，1是槍體，12是拉線，14是My電機支架，My是Y掃描用的小型減速同步電機，13是My的軸套。槍體1通過轉(zhuǎn)軸Oy安裝在轉(zhuǎn)盤3上，而轉(zhuǎn)盤3又依托轉(zhuǎn)軸Ox安裝在底座8上。Mx是X掃描用的小型同步減速電機，也固定于底座8上，并通過套軸9靠摩擦帶動轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動，套軸9上的碰桿10受碰釘11制約，限定電機Mx只能在設(shè)定的角度范圍內(nèi)作往復運動，從而得到槍體1的X掃描動作。電機My依靠支架14固定于轉(zhuǎn)盤3上，可隨X掃描一同動作。My的軸套13上纏繞有尼龍拉線12，拉線的另一端固定在槍體的底部，My通過收、放套軸上的拉線可使槍體作Y掃描動作。S1、S2是限位開關(guān)，由撥桿18操縱，S2為上限位，S1為下限位，當槍體下行至水平位置時，將壓迫S1動作重新開始掃描。分別改變兩電機套軸的半徑，可分別調(diào)節(jié)兩個掃描動作的快慢；改變碰釘?shù)奈恢每烧{(diào)整X的掃描范圍。2是槍針頭，7是槍管，15是壓力膠管，YV是水槍擊發(fā)電磁閥，16是儲壓罐，17是氣門嘴。氣壓水槍是以氣壓作動力，在密封的容器內(nèi)盛裝少量的清水，留出多數(shù)空間，然后向容器內(nèi)充氣儲備壓強，由電磁閥控制水槍發(fā)射。壓力罐可用大號飲料瓶制作，瓶蓋頂部安裝氣門嘴，在底側(cè)用壓力膠管將瓶體、電磁閥和槍管連接起來。對水槍的主要求是水流細，力量足，因此，選用0.4mm內(nèi)徑的注射針頭做噴射口。為減小管、針對水流的阻尼，充分利用水壓以增加有效“直線”狀射程，壓力管及槍管的口徑不能太小，3mm左右為宜，針頭也要截短，留下5mm長度即可；瓶內(nèi)裝水不能多，約占1/4左右；用有壓力表的氣筒充氣到7個大氣壓。
圖4是控制電路圖，由整流濾波電路、直流控制電路和交流驅(qū)動電路三部分組成。圖中，變壓器T1、橋式整流器U、濾波電容C1～C4、三端穩(wěn)壓源7805、7812構(gòu)成整流濾波器，用于向直流控制電路提供5V、12V兩組穩(wěn)定的直流工作電源。直流控制電路由紅外接收二極管D1～Dn、D0、非門D(也稱反相器，型號為74LS14)、半導體開關(guān)三極管V1、V2、二極管VD1、VD2、電容器C5、電阻R1～R3、繼電器的電磁線圈K1、K2構(gòu)成，X1、X2、X3是接插件。直流控制電路用于將光學瞄準系統(tǒng)傳來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)邏輯電路處理后去控制機械操作動作。其中D1～Dn得到的光信號控制K2動作，K2用于無感光時接通X掃描電機Mx的電源，有感光時接通Y掃描電機My(其中A是降端，B是升端)的電源；D0得到的光信號控制K1動作，K1用于無感光時接通前述繼電器觸點的電源，有感光時在切斷Mx、My電源的同時接通電磁閥YV的電源。交流驅(qū)動電路由繼電器的觸點K1-1、K1-2、K1-3、K2-1、K2-2、K2-3、K2-1’、K2-2’、K2-3’、Y掃描行程的下端限位雙擲開關(guān)S1-1、S1-2和上端限位雙擲開關(guān)S2-1、S2-2以及Y掃描電機My、X掃描電機Mx(其中My具有正、反轉(zhuǎn)功能，Mx具有遇阻力反轉(zhuǎn)功能)構(gòu)成，YV是水槍擊發(fā)電磁閥，C6是電容器。
整機的工作過程1、預備將演示槍置于桌面上，向壓力罐內(nèi)裝入約1/4容積的清水，充氣至7個大氣壓；在槍口前方設(shè)定的距離內(nèi)，點燃若干支蠟燭，隨便錯落地插在任意位置上。
2、演示初始狀態(tài)槍口與桌面成0°仰角，處于Y向最低水平位置上。上電后，交流電源通過K1-1→K1-2→S1-1→K2-1→K2-2→Mx構(gòu)成回路(參見圖5的交流驅(qū)動電路)，向Mx供電，Mx轉(zhuǎn)動使槍體進行X掃描。此時D1～Dn尚無一感光，非門集成塊D的輸入端1腳呈高阻狀態(tài)為高電平，所以輸出端2腳為低電平，V2處于截止狀態(tài)，K2不動作(參見圖5中的直流控制電路)。當X掃描至D1～Dn中任一只或多只感光時(即水平方向發(fā)現(xiàn)了目標)，這時光接收管有電流流過，D的輸入端1腳呈低阻狀態(tài)，跳變?yōu)榈碗娖剑敵龆?腳翻轉(zhuǎn)為高電平，V2導通，K2得電動作，使觸點K2-1脫離K2-2與K2-3相接，K2-1’脫離K2-2’與K2-3’相接，Mx被斷電停止(即X方向已告瞄準)，與此同時，My被接通電源正向轉(zhuǎn)動，帶槍體前端上升，進行Y掃描。當掃至K0被感光時(即豎直方向發(fā)現(xiàn)目標)，非門D的輸入端9腳被置低電平，輸出端8腳翻轉(zhuǎn)為高電平，V1導通，K1得電動作，使觸點K1-1脫離K1-2與K1-3相接，Mx、My的電源均被切斷(即Y方向亦告瞄準)，與此同時，YV被接通電源，啟動水槍發(fā)射，水流對著目標射出。摧滅第一支燭焰后，光學系統(tǒng)的光照消失，光接收管無光感，邏輯控制D翻轉(zhuǎn)，K1、K2復位，YV被斷電，水槍停射。此時只有My被逆向接通電源，帶動槍體前端做下降動作下行歸位。此后重復上述過程，接著摧滅第二支、第三支、、、第n支燃燭，直至所有的燭焰被摧滅，演示結(jié)束。
此外，還須要說明的是若槍體上行時，D0一直未被感光，即Y掃描沒有搜尋到目標，行至上限極端時槍體將壓迫S2動作，切斷My上行動作的電源，使之設(shè)定在最高位，這時，由于S2-2被斷開，S2-1被接通，Mx得電，槍體將在設(shè)定的最高位上作X掃描，當旋轉(zhuǎn)到D1～Dn中無感光時，槍體才下行歸位。
以上兩種情況槍體的下行，在降至水平位置時，都將壓迫S1動作，X掃描因此重新開始。
權(quán)利要求1.一種紅外尋的演示槍，包括燃燭和底座，其特征在于——底座平面上相鄰裝有一個以O(shè)x為軸心的轉(zhuǎn)盤和一個X掃描遇阻反轉(zhuǎn)電機Mx，轉(zhuǎn)盤的圓周邊與Mx的摩擦套軸相靠，Mx兩側(cè)設(shè)有立柱型碰釘，套軸上橫向有一根碰桿伸出，被限定在兩碰釘制約的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動；——轉(zhuǎn)盤的平面上安裝有凹槽形槍體，槍體的后端腳設(shè)滾筒樣轉(zhuǎn)軸OY，依托于轉(zhuǎn)盤的后邊沿，前端由纏繞在Y掃描可逆電機My套軸上的繩索牽引，收緊或放松繩索，槍體前端可上升或下降，My則由支撐架固定在轉(zhuǎn)盤前端平面一側(cè)的上方，My的套軸上橫向有一根撥桿伸出，可與裝在端蓋周邊上的限位開關(guān)S1、S2碰壓；——槍體凹槽內(nèi)安裝光學瞄準系統(tǒng)，前端正面裝凸面朝外的凸透鏡，中間裝單向曲面凹透鏡，后端內(nèi)面為像屏，其上豎直方向自上而下裝有一列受光面向前的光接收管D0、D1～Dn；——槍體凹槽的上端，縱向固定一支槍口朝前的壓力水槍，前方設(shè)定距離內(nèi)安放燃燭，水槍的尾部有壓力膠管和電磁閥與一個壓力溶液罐相連接；——一個非門控制器D，其輸入端1腳與并聯(lián)的光接收管D1～Dn連接，輸出端2腳與開關(guān)管V2輸入端連接，V2的輸出端與繼電器線圈K2串聯(lián)跨接在直流12V電源兩端，D的另一輸入端9腳與光接收管D0連接，輸出端8腳與開關(guān)管V1的輸入端連接，V1的輸出端與繼電器線圈K1串聯(lián)跨接在直流12V電源兩端；——一個交流驅(qū)動電路，它的受控于K1的一個觸點組的動觸點K1-1與交流電源一端連接，常開觸點K1-3與電磁閥YV一端連接，常閉觸點K1-2與行程限位開關(guān)S1-1、S1-2的一端并連接；S1-1的另一端連接受控于K2的兩個同步動作的觸點組的其中動觸點K2-1上，常開觸點K2-3與動觸點K2-1’、行程限位開關(guān)S1-2的另一端連接在一起，常閉觸點K2-2連接Mx的一端，常閉觸點K2-2’與My的降端連接，常開觸點K2-3’與行程限位開關(guān)S2-1、S2-2的一端并連接，S2-2的另一端連接My的升端，S2-1的另一端連接在Mx與K2-2連接的那一端上，YV、My、Mx的另一端并聯(lián)在一起連接在交流電源的另一端上。
專利摘要本實用新型提供了一種紅外尋的演示槍。主要由光學瞄準機構(gòu)、機械動作機構(gòu)、氣壓水槍、邏輯控制電路和燃燭組成。它是一種教學實驗演示裝置，用于講述凸透鏡會聚和凹透鏡發(fā)散原理以及透鏡成像在軍事上的應(yīng)用。這種演示槍具有紅外搜尋瞄準系統(tǒng)，能自動搜尋前方設(shè)定立體空間內(nèi)任意位置的所有燃燭目標，并以0.4毫米口徑的水槍逐個準確摧滅之。它實驗精度高，能夠觀察從搜尋目標、自動瞄準定位、水槍發(fā)射到逐個擊中目標的全過程。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低、實驗易做。通過演示，可使學生了解光器件在軍事上的應(yīng)用，獲得感性認識，既增長知識、開闊視野、還具有趣味性，突破了傳統(tǒng)教材講解透鏡成像應(yīng)用僅限于照相機、幻燈機、放大鏡的僵化格局。
文檔編號G09B25/00GK2574148SQ0227623
公開日2003年9月17日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者方興, 羅星凱, 劉小兵 申請人:廣西師范大學