Ballistische meetinrichtingen: kogeltjes meten met Continuous Wave (CW) Doppler homodyne radar (1980)

 Kogeltjes meten met een Continuous Wave (CW) Doppler homodyne radar (1980)

In 1980 heeft het TNO Prins Maurits Laboratorium (PML) het LEOK benaderd om een meetsysteem te ontwikkelen dat het snelheidsverloop van kogeltjes en scherven met doorsneden van 3 tot 20 mm en snelheden tussen 50 en 2500 m/s over de eerste 20 meter van hun vlucht kan bemeten. Deze metingen dienen plaats te vinden in een tunnel met een diameter van 2,25 meter met de schootsbaanhoogte op 720 mm boven de grond. Met het tot dan toe gebruikte systeem met fotobalken waren deze nieuw gestelde eisen niet te realiseren.
Als oplossing is gekozen voor het gebruik van een Continuous Wave (CW) Doppler homodyne radar. Deze bestaat uit een generator, die via een circulator de antenne voedt. Het door de antenne uitgezonden signaal wordt gedeeltelijk door het kogeltje gereflecteerd en via de antenne en de circulator aan de mixer toegevoerd. Tevens wordt een gedeelte van het generatorsignaal aan de mixer toegevoerd. Door menging van beide signalen wordt het Dopplersignaal verkregen.
De zendontvanger werkt op een frequentie van 24 GHz, heeft een zendvermogen van 69 mW en een detectorgevoeligheid van -90 dBm.

Conceptueel schema
Conceptueel schema

 

Antenne en schootsbaan midden door spiegel
Antenneplaatsing en de schootsbaan midden door reflector

Om te voorkomen dat de gebruikte paraboolantenne steeds door de afgevuurde kogeltjes wordt getroffen is voor een periscoopopstelling gekozen. De reflector, die in de schootsbaan is geplaatst, is in het midden van een gat te voorzien, waardoor dit probleem opgelost is.

De meetinrichting met robuuste stelwielen
De zware meetinrichting met robuuste stelwielen

 

De 45 graden spiegel met schootsgat; onderin is de microgolfantenne zichtbaar
De 45 graden reflector met schootsgat; onderin is de microgolfantenne zichtbaar

Het meetsysteem bestond uit een meetgedeelte en een verwerkingsgedeelte. Een elektronische teller meet steeds de tijd die een kogeltje nodig heeft om een afstand van vijf halve golflengten (ca 3,25 cm) af te leggen. In de tijd dat het kogeltje de volgende vijf halve golflengten aflegde werd de inhoud van de teller in de Random Acces Memory (RAM) opgeslagen en werd de teller weer op nul gezet.
Het resultaat kan op een oscilloscoop als snelheidsverloop over de lengte van de vlucht zichtbaar worden gemaakt. Tevens konden de tellerstanden op ponsband worden gezet voor computerverwerking en analyse achteraf.

De teller
De elektronische teller