Guns.ru Talks
апгрейд и ремонт пневматики
Все о точности оптического хронографа. Пять факторов погрешностей. ( 1 )

вход | зарегистрироваться | поиск | реклама | картинки | календарь | поиск оружия, магазинов | фотоконкурсы | Аукцион
всего страниц: 2 : 12
Автор
Тема: Все о точности оптического хронографа. Пять факторов погрешностей.
Agioso
20-11-2017 20:38 Agioso
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 в отношении оптических хронографов, 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 более менее объективного сравнения (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.

edit log

Вирус
20-11-2017 21:07 Вирус
А если хрон индукционный?
Agioso
21-11-2017 01:29 Agioso
quote:
Изначально написано Вирус:
А если хрон индукционный?

Забыл указать, что речь об оптических хронографах, сейчас помечу. С индукционными плотно не работал, всех их нюансов не знаю, но думаю что там не меньше подводных камней. Лично меня в них всегда отпугивало избирательность материала снаряда. Как по мне, так оптические универсальнее, но тут на вкус и цвет...

John JACK
21-11-2017 05:20 John JACK
quote:
Originally posted by Agioso:

а при отклонении на 10 градусов - на 1.5%.


При отклонении на 10 градусов пуля для начала пролетит мимо датчиков, или уткнётся в корпус хронографа. Прелесть синусов-косинусов в том, что при небольшом отклонении на них можно просто плевать.

Статья в целом правильная и познавательная. Остаётся только один вопрос: так какая же реальная точность хронографа? А то можно как хипстеры с принтерами, начать обсуждать МИКРОНЫ, измеряя их врущей на десятки линейкой у гнущегося на миллиметры аппарата.
Ещё стоит погрешности разделить на случайные и постоянные. Если прибор врёт относительно "эталонного 1 м/с", это раздражает (или нет, если не знать), но в жизни не мешает. Ну нет принципиальной разницы между 232 и 235. Гораздо хуже когда прибор не даёт повторяющегося результата. Вот и думай, скачет ли скорость у оружия, вес-размер пуль, руки кривые или всё же хрон врёт.

Agioso
21-11-2017 09:39 Agioso
quote:
Изначально написано John JACK:

При отклонении на 10 градусов пуля для начала пролетит мимо датчиков, или уткнётся в корпус хронографа. Прелесть синусов-косинусов в том, что при небольшом отклонении на них можно просто плевать.

Статья в целом правильная и познавательная. Остаётся только один вопрос: так какая же реальная точность хронографа? А то можно как хипстеры с принтерами, начать обсуждать МИКРОНЫ, измеряя их врущей на десятки линейкой у гнущегося на миллиметры аппарата.
Ещё стоит погрешности разделить на случайные и постоянные. Если прибор врёт относительно "эталонного 1 м/с", это раздражает (или нет, если не знать), но в жизни не мешает. Ну нет принципиальной разницы между 232 и 235. Гораздо хуже когда прибор не даёт повторяющегося результата. Вот и думай, скачет ли скорость у оружия, вес-размер пуль, руки кривые или всё же хрон врёт.

Сейчас начертил, если к рамочному прибору ствол подвести по центру, но отклонить на 10 градусов, пуля впритык, но все же пройдет и прибор скорость зафиксирует, другое дело что 10 градусов прекрасно видно невооруженным глазом и так сильно скосить это постараться надо. А вот 5 градусов при халатном измерении вполне реально отклонить, а это 1,2м/с при скорости 300. Так то немного, но это один из факторов, и об этом следует знать.
Обычно точность оптических хронографов производители заявляют 0,5-2%, но в 0,5%, учитывая все сказанное очень сложно уложиться, особенно добиться такой точности на протяжении месяцев, скорее всего при этом имеется в виду повторяемость. А точность единичных самодельных хронографов и вовсе сложно оценить. Без багажа опыта сложно учесть все описанные факторы, отчасти поэтому и написал данную статью.
По поводу повторяемости согласен, это порой куда важнее при настройке. Но тут объективный ответ может дать лишь второй хрон и одновременный отстрел через оба, тогда точно будет видно в хроне дело или нет.

quote:
Изначально написано John JACK:
Ещё стоит погрешности разделить на случайные и постоянные.

Да тут логически несложно разделить: 1 и 5 - постоянные факторы, 2..4 - случайные или зависящие от стрелка.
quote:
Изначально написано John JACK:

А то можно как хипстеры с принтерами, начать обсуждать МИКРОНЫ, измеряя их врущей на десятки линейкой у гнущегося на миллиметры аппарата.

Если речь о 3д принтерах, то мне тоже их неточность в несколько десяток сильно не нравится))) Потому до сих пор переходники к хронам точу на токарнике, а не печатаю на принтере, там точнее на порядок выходит)

edit log

АлексейФилософ
Обращаюсь к владельцам хронографа, для проведения некоторых замеров.
Если у кого появится желание и время, то помогите пжлста тем, для кого хрон пока является предметом роскоши.

Смысл следующий:
Необходимо расположить пачку офисной бумаги на расстоянии 1 м от среза ствола. Провести отстрел в бумагу разными пулями через хронограф. Затем посчитать какая пуля на какой скорости сколько листов бумаги пробивает.
Зафиксировать и выложить следующие данные:
1. плотность бумаги (пишется на пачке).
2. полное наименование пули с массой (пули не экспансивки и с примерными массами от 0.5 до 1.0 гр. 4.5 мм)
3. скорость пули и количество пробитых ею листов. Для точности можно сделать три выстрела и посчитать среднюю величину.


Думаю многим не имеющим хрона эти замеры помогут. так как можно будет купить офисную бумагу и посмотреть самим какую хотя бы приблизительно энергию выдает винтовка.
Примного буду благодарен!!!

Если уже есть подобные замеры, то киньте ссылкой.

Вирус
22-8-2018 08:38 Вирус
quote:
Originally posted by АлексейФилософ:

для кого хрон пока является предметом роскоши


гуглить баллистический маятник и не портить бумагу.
Непушист
22-8-2018 09:00 Непушист
quote:
Originally posted by АлексейФилософ:

Смысл следующий


Вы какую офисную бумагу предпочитаете, дорогую или дешевую? Вот сижу думаю, какую для Вас купить, чтобы альтруистически испортить, за 250 р. или за 1500...
Извините за иронию, но лично я не верю в эти фразы:
quote:
Originally posted by АлексейФилософ:

хрон пока является предметом роскоши


Дешевый работоспособный рамочник на форуме стоит 2200 р. Надульный хрон на том же форуме можно купить еще дешевле. Спрашивается вопрос, если человек имеет возможность пользоваться таким недешевым хобби, как пневматика (а оно не бывает дешево, даже если это например ИЖ-60 или Мурка) - он что, неспособен купить себе основной контрольный прибор для своей стрелялки? Это ни в коем случае не попытка принизить по мерзкому принципу "ты нищеброд". Я начал с того, что "не верю" - т. к. у меня всегда в этих случаях ощущение, что новички часто считают эту трату для себя бессмысленной. Словно бы точное знание, с какой скоростью летит у них та или иная пуля, для них просто барская прихоть, а не обязательное условие точной стрельбы и знания, в порядке ли эта стрелялка. Дескать нах деньги тратить, ну раз уж вы говорите, одолжу-гляну и буду спать спокойно. А это заблуждение - потому что хрон должен всегда находиться рядом с винтовкой примерно так же, как спидометр всегда находится "рядом" с автомобилем.
Deni-kin
22-8-2018 16:31 Deni-kin
quote:
Originally posted by John JACK:

Ну нет принципиальной разницы между 232 и 235. Гораздо хуже когда прибор не даёт повторяющегося результата. Вот и думай, скачет ли скорость у оружия, вес-размер пуль, руки кривые или всё же хрон врёт.


Абсолютно согласен.
И как обладатель до недавнего времени 4х хронов, а сейчас 3х, хочу добавить:
1) в ещё большей степени раздражает высокая точность измерения скорости после запятой. К примеру колебания скорости на экране 255,681-256,513 здорово подталкивает перфектциониста к суициду , по этому я его продал, теперь цифры 255,7-256,5 доставляют менее.
2) все 4 хрона работали практически синхронно, разброс в показаниях около 0,4мыс не в счёт. То бишь учитывая то, что они разных производителей, "чистота" показаний по скорости у них точная.
3) больше всего дают разброс в показаниях рамочные хроны, видимо из за разницы "угла атаки".
4) как и большинство тут, я не снайпер, и повторяемость скорости при апе или настройке девайса, мне в разы важнее измерения точной нсп.

edit log

АлексейФилософ
quote:
Originally posted by Вирус:

гуглить баллистический маятник и не портить бумагу.


Спасибо за дельный совет. честно не знал про маятник.

quote:
Originally posted by Непушист:

Дескать нах деньги тратить, ну раз уж вы говорите, одолжу-гляну и буду спать спокойно. А это заблуждение - потому что хрон должен всегда находиться рядом с винтовкой

Почему не хочу пока покупать хрон и оптику, потому что еще не уверен что пневматика это моё. Есть просто винтовка , хотел померить её энергетику подручными способами.

Непушист
22-8-2018 21:37 Непушист
quote:
Originally posted by АлексейФилософ:

Есть просто винтовка , хотел померить её энергетику подручными способами.


Фишечка в том, что физика не в курсе разницы между "уверен" или "не уверен". Пачками бумаги энергетику не измеряют, т. к. это примерно то же самое, что мерить скорость авто не спидометром, а секундомером, сшибая бортом ветки разной толщины и сравнивая обертоны хруста Тем более что пули одного веса могут обладать очень разной проникающей способностью из-за разницы в геометрии - а Вам важны не глубины дырок, а именно скорость.
Deni-kin
22-8-2018 21:59 Deni-kin
quote:
Originally posted by АлексейФилософ:

Почему не хочу пока покупать хрон и оптику, потому что еще не уверен что пневматика это моё. Есть просто винтовка , хотел померить её энергетику подручными способами.


В Волгограде много пневманутых, и не только:
https://forum.guns.ru/forumtopics/163.html
Кинь клич типа "нужен хрон, приеду с лимонадом куда скажете", и всё пучком будет.
ADF
23-8-2018 04:14 ADF
У хрона важна не сколько точность, сколько минимальная случайная погрешность. И было бы полезно, если бы хроны умели после запятой цифры показывать. Не для самого измерения, а именно для возможности оценки случайной погрешности, которую вносит прибор.
Deni-kin
23-8-2018 04:37 Deni-kin
quote:
Originally posted by ADF:

И было бы полезно, если бы хроны умели после запятой цифры показывать.


Так при подключении к компу, они по крайней мере одну цифру после запятой выводят. Я выше написал, был у меня америкосовский пейнт.хрон, который выводил на ЖК дисплей 3 цифры после запятой, ну и нафига? Во первых бесит - чем больше цифр тем больше нервов - всё время хочется получить лучшую повторяемость, во вторых такая точность имхо, просто не влезает в погрешность самого хрона.

edit log

Непушист
23-8-2018 04:48 Непушист
Стрелец выводит поле запятой, ИБХ и SF не выводят. На практике - на точность не влияет... И действительно есть момент раздражения, все время неуют какой-то, иллюзия нестабильности.
ADF
23-8-2018 07:26 ADF
слушайте, но это мракобесие какое-то! вам двоим до десяток м/с загрублять надо!
Непушист
23-8-2018 08:13 Непушист
А шо, бывает или роза, или жопа?

edit log

Deni-kin
28-8-2018 21:39 Deni-kin
quote:
Originally posted by Непушист:

Стрелец выводит поле запятой, ИБХ и SF не выводят.


Стрелец точно выводит, а вот S07 не помню, вроде то же... Провод ни как не найду, наверняка дочка для своих наушников утащила на дачу.
К стати, на "америкосе" который продал блютуз был... Эх...
R0lanand
10-10-2018 07:45 R0lanand
Делать хрон надо так, что б он мог улавливать скорость свободного падения тела с высоты не более 1 метра, и, программную возможность калибровки датчиков по скорости свободного падения конкретного тела с высоты 1м. Тогда куча вопросов отпадёт. Из всех известных мне хронографов, такой хрон есть, но так как его делают в Европе, цена не каждому понравится: https://www.air-chrony.com/ru/

edit log

Grunherz
10-10-2018 10:41 Grunherz
quote:
Изначально написано R0lanand:
Делать хрон надо так, что б он мог улавливать скорость свободного падения тела с высоты не более 1 метра, и, программную возможность калибровки датчиков по скорости свободного падения конкретного тела с высоты 1м. Тогда куча вопросов отпадёт. Из всех известных мне хронографов, такой хрон есть, но так как его делают в Европе, цена не каждому понравится: https://www.air-chrony.com/ru/

Это достаточно сделать производителю один раз при первой настройке, и далее, если хрон не подстреливать, то меняться эта калибровка не должна в заметных пределах.
Юзеру такую возможность я бы не давал, можно сбить настройку и хрон будет показывать непонятно что.

всего страниц: 2 : 12

Guns.ru Talks
апгрейд и ремонт пневматики
Все о точности оптического хронографа. Пять факторов погрешностей. ( 1 )