Хронографы ИБХ и S04

Автор svar45
март 2005 г.

Борьба идей за наше благо.

Введение.

Давно собирался написать и выложить на сайт статью про хронографы в раздел Аксессуары, ибо он несколько лет пустовал, пока там не появилась первая статья YuraS'а про ИБХ. Собирался еще, как только, в 2002-м получит ночью через проводников поезда "Адлер-Москва" от Egghead’a свой S04.1. Как и большинство аирганеров, я пробовал "древние методы" - замыкание пулей датчиков из фольги подключенных к звуковой карте, пару раз даже подвесил за вешалку для одежды маятник, подбор его веса с точностью до грамма, оказался еще тот анекдот с использованием подсобных средств, презервативов, шприца и воды. О недостатках этих методов много уже говорилось, поэтому у нас с FF закономерно возникла мысль использовать оптопары подключенные к звуковой карте. Но тут я увидел упоминание на форуме об S03 и обратился к Egghead, который предложил приобрести уже новый S04.1. Если учесть, что я вообще оказался только вторым покупателем его хронографа в Украине, то это был для меня необычный вариант покупки типа «деньги едут одним поездом вперед, а девайс другим назад». Первым же был Patrol, который и помог мне окончательно определится с доставкой поездом, за что ему от меня большой thanx :) Тогда была масса впечатлений, и очень хотелось их высказать в статье. Но задор прошел, после нескольких постов на guns.ru. Оказалось, что знающие люди и так все, что я мог написать - уже знают, а описание некоторых недостатков и неудобств в использовании, которые есть в абсолютно любом реально работающем приборе, могло смутить людей собирающихся его приобрести и вообще безосновательно обидеть производителя. Ничего из этого делать мне абсолютно не хотелось. Жизнь шла дальше, и где-то зимойвесной прошлого года YuraS мне позвонил, и сказал, что нашел людей, которые делали уже оптические хронографы в Харькове для огнестрелов и пневматики, и согласны сделать прибор для пневматики за умеренную цену. Тогда я как-то усомнился в смысле этого и сказал ему, что врядле, они сделают что-то серьезно лучше моего S04, да и зачем мне два хронографа? И больше не интересовался этим его проектом. Как оказалось позже - я был дважды не прав. Уже осенью, когда увидел работающий ИБХ-710 у него дома и пострелял из одного хронографа в другой, я понял, что никто и не собирался делать хронограф точнее и с большим кол-вом фич чем S04. SA и UM сделали принципиально другой тип хронографа – рамочный. Который по фичам был не конкурент для моего наствольного, но им можно было делать то, что сделать с помощью S04 было или трудно или вообще невозможно. Тогда я подумал еще раз – а не написать ли статью, где сравнить два устройства? И еще раз отказался, ибо не был владельцем ИБХ и с моральной точки зрения не мог его работу серьезно комментировать, также следовало учесть, что конкуренты у Egghead’а и так множились как грибы после дождя и были необоснованные заявления о крутости, супер-точности и прочих невидимых издалека благах. Например, была тема на guns.ru “Какой хронограф брешет?!”, в которой автор усомнился в точности показаний, в сравнении с новым наствольным хронографом, сделанным в Киеве, только потому, что новый постоянно показывал большую скорость. Не хотелось, чтобы моя статья была бы расценена также, поэтому прежде чем опубликовать я решил отослать ее производителям хронографов ИБХ и S04 для того, чтобы узнать, что они думают о ней, и окончательно решить для себя - нужна ли такая статья или от нее будет только вред для них. Сейчас являясь владельцем трех хронографов: S04.1, S04.6, ИБХ-710, также имея доступ к ИБХ-711 у YuraS’a, думаю, что имею все права высказать свои мысли на счет всех этих 4-х устройств. Аминь.

Предмет обсуждения.

Собственно, нужно представить устройства, возможно читающий статью человек вообще не знаком с такими устройствами. Начнем с начала.

Термин хронограф имеет исторический подтекст и несколько смыслов. Например, хронографом называют газету или другое периодическое издание, в котором отслеживаются события в городе или в какой-то области человеческой деятельности – науке, политике, экономике или искусстве относительно времени их происшествия. Также хронографом раньше называли часы, которые могли выполнять другие функции кроме простого показывания текущего времени, например, засекать время, используя еще одну стрелку или работать как секундомер. После бума электронных часов это понятие немного модифицировалось, поскольку практически во всех электронных часах базовым набором является: время, дата, день недели, секундомер до 0,01 секунды и будильник. После такого удара со стороны японских и китайских производителей часов каждые вторые часы в мире следовало бы называть "хронографом". Сейчас в среде изготовителей механических часов считается, что хронограф – это крутые дорогие часы с двумя независимыми измерительными системами: одна постоянно показывает текущее время, другая же измеряет - короткие промежутки времени и с помощью тахометрической шкалы позволяет, например, определить скорость движения пешехода прошедшего 1 км. Если вас интересует краткая история развития хронографов-часов, то можно почитать А Brief History of the Automatic Chronograph.

Мы же будем рассматривать другие хронографы – приборы для измерения скорости пули на отрезке ее траектории. Хронограф, в нашем случае, это прибор с оптическими датчиками, в результате последовательного срабатывания которых, измеряется время, за которое непрозрачное тело передвигается от датчика к датчику. Зная заранее расстояние между датчиками - подсчитывается и показывается для пользователя средняя скорость данного тела на этом участке траектории движения. Понятно, что это время можно измерять, используя другие, не оптические датчики, К примеру, в которых регистрируется столкновение непосредственно между телом и датчиком или при движении тела происходят изменения в электромагнитном поле или в звуковом сигнале, которые создают и регистрируют датчики. На практике оказалось, что оптические датчики более удобны, компактны и проще в использовании в хронографах.

Что же представляет собой оптический датчик в хронографе?

Тут возможно применение целого ряда оптических датчиков, как простых открытых оптопар с разными типами чувствительных к свету приемников, так и весьма изощренных и дорогих открытых оптоэлектронных интегральных микросхем с внутренним усилением и обработкой фронта нелинейного сигнала. Нелинейный фронт - создается на фотоприемнике за счет движения тени тела неизвестной формы на неизвестном расстоянии от излучателя и приемника, в луче с некоторым углом рассеивания светодиода. Т.е. если тело будет двигаться на разных расстояниях между излучателем и приемником, то будет создаваться разный фронт сигнала, по которому будет необходимо определить событие прохождения тела через оптический датчик - хотя тело будет находится на одной и той же координате, относительно которой мы измеряем его скорость, датчик будет срабатывать в разные моменты времени и создавать погрешность измерения. Так же серьезные погрешности создают локальные изменения плотности среды, которые создаются струей истекающего их ствола газа, это приводит к деформации и размытию тени пули на приемнике.

На данный момент типичный применяемый датчик - имеет простую оптическую часть и состоит из излучающего светодиода и фотодиода или фототранзистора ИК-диапазона промышленного изготовления. Которые выглядят примерно так и обычно имеют диаметр корпуса 3 или 5мм.

Не рискну утверждать какие показатели должна иметь оптопара для дешевого серийного хронографа хорошей точности, для этого надо как минимум сделать такой серийный хронограф, чтобы иметь право давать такие советы. В общем, ответственность за выбор комплектующих лежит на производителе и нас как пользователей волновать не должна, если прибор работает точно и стабильно. Существуют внутренние вещи, которые интересны только людям, которые собрались построить хронограф своими руками или вынуждены сами ремонтировать приобретенный. В этой статье буду учитывать преимущественно пользовательские характеристики, а другие будут приводиться для простого сравнения конструкций устройств, т.е. без всяких выводов, sapient sat.

Хронографы и их производители.

Очевидно, что хронографы S04 и тем более ИБХ-710 не были первыми устройствами такого типа и к моменту их появления на мировом рынке уже были портативные серийные оптические хронографы. Например, зарубежные модели, такие как английский cb-625 братьев Хьюит, изредко появлялись в наших магазинах или привозились аирганерами из-за границы.

 

История хронографов серии S0x.

Краткая история возникновения и развития оптических хронографов S0x в рядах аирганеров по архивам airgun.ru и по сведениям взятых у их владельцев и производителей.

1999г. Октябрь 7, Изобретатель из Одессы, описывает свой хронограф, в основе его лежит микроконтроллер i8051, ЖК индикатор от телефона и оптопары от мыши. Датчик представляет собой эбонитовую трубу одеваемую на ствол. Внутри две одинаковые платы с оптопарами (база 150мм). Процессорный блок и датчики разнесены и соеденяются шнуром от той же убитой им мыши.

1999г. Октябрь 19, Димчик описывает измерение скорости для МР654К с точностью +-1м/с для скорости около 130мс, оптические датчики (фотодиод ФД256 и светодиод АЛ107) на расстоянии 300 мм подключены к звуковой карте ПК, где запущена в режиме записи SoundForge (AirSpeed (c) Anton Proprock появляется позже), после чего осцилограмма на глаз анализируется на характерные всплески - находится дельта времени и скорость. Конструкция с датчиками жестко закрепляется на самом пистолете. Позволяет анализировать плотность струи CO2 и определять режим работы клапана.

В принципе, к этому времени основные проблемы построения оптического хронографа были публично рассмотрены на конференции airgun.ru, также выявлены такие подводные камни как замер в потоке СО2 и даны рекомендации как их решать с помощью регулирования уровня на светодиоде и отдалении датчика от ствола на 10-15см. Но база в 15-30 см была все-таки неудобной, и это были единичные случаи измерений скорости с погрешностью ~1%. Основная масса аирганеров стреляла в рекламные каталоги или книжки и мерялись потом пробитыми страницами. А продвинутые, использовали маятник или звуковую карту и датчики из фольги и получали свои ~1-2% погрешности.

2000г. Март 15, в игру вступает Serge, позже более известный как Egghead. Интересуется, использовать ли оптопары от мыши или брать другие светодиод и фотодиод. Изобретатель и Димчик делятся с ним опытом использования своих датчиков. Основная идея у Serge - сильно сократить базу измерений, сохранив при этом высокую точность, для этого используется кварц 20МГц и PIC16С54. Планируется сделать хронограф компактным с креплением на стволе и питающимся от батареек.

"...где-то с середины 2000-го года пошли в народ хронографы от Egghead'a. А Изобретатель, скорее всего, сам себе сделал...

Вообще ИМХО заслуга Сергея в том, что он сделал хронограф:

1.массовым;
2.недорогим;
3.достаточно точным (ANDY тогда сверял его с МВД-шным или ЭКЦ-шным, расхождение в 1 м/с вроде)
4. компактным и простым в использовании" - Ignat.

2000г. Март 24. Версия S01. От этой версии не осталось почти и воспоминаний. Известно, что к ее возникновению и распространению, как первого серийного хронографа для аирганеров приложил руку Демьян, ибо Egghead в начале тоже не собирался делать больше, чем один личный хронограф для себя. Имеется фото, покоторому видно, что это был полуфабрикат - просто плата с открытыми датчиками, которых было выпущено для желающих примерно 20 шт.

Конец 2000г. Версия S02.

"S02 была просто платой с датчиками, открытыми. Попадать между датчиков (обоих пар!!!) было трудно, а вот в датчики - легко :о). Показывал он только одно измерение, памяти и прочих наворотов не было. Даже батарейного отсека не было, приходилось сматывать батарейки самому и цеплять проводами. Но в любом случае это был прорыв - появился дешёвый и доступный хронограф, который более-менее мерял скорость. Пусть не всегда точно и не всегда мерял (см. выше, попасть непросто), но всё же это не маятник и не датчики с картой" - Ignat.

2001 г. Июнь 20, Egghead поднял топик : "Теперь есть хронограф S03" .

"Фотошаблон для платы S03 был выпущен 5.06.2001 и с этого времени
хронограф обрел корпус и резко выросли объемы выпуска" - Egghead.

"Появился S03, с корпусом, памятью и простым анализом: максимум, минимум, среднее. Его я и взял. Даже, помнится, нашёл ошибку в прошивке - с округлением была проблема. Тоже не самый идеальный аппарат, но мне нравился и нравится. По сути, единственный минус - невозможность замера (быстрой) серии выстрелов. То есть РСР на нём настроить трудно. Ну и СО2 меряет плохо. Но с использованием приставок вполне себе меряет и СО2, пока единственный отказ был - РПШ, настроенный на длинный ствол, с коротким стволом забивал хронограф нафик. Ибо ему трубка нужна длинная, почти по длине его длинного ствола, а где ж я такую найду..." - Ignat

Середина лета 2001 г. Вышел S04. Основное отличие от S03 - расчет оценки "стандартного отклонения SD" (или "_d_") значений в группе от среднего. Также получившее неправильное, но распространенное название среди аирганеров - "дисперсия", неправильное ибо SD в S04 это корень из несмещенной оценки дисперсии значений, если считать их выборкой, что относительно мат.статистики и физики процессов в ПО тоже неправильно, но это тема для другой статьи. Причина того, что Egghead, выбрал, именно, эту формулу было ее применение в зарубежных хронографах с одним контуром измерения скорости. Однако они, имея большую относительную погрешность (~3-5%), используют ее как критерий - можно ли вообще доверять измеренным значениям или их можно просто выбросить. Также для этого, используют и второй независимый контур измерения скорости, полученные 2 значения - усредняются, а при большой дельте между ними - отбрасываются.

Главное, теперь можно было без привлечения ПК оценить разброс значений скорости, что в S03 используя "minmax" нельзя было делать, ибо "minmax" при достаточно длинном отстреле обычно оказывались не отбракованные пули –"дуры". Малые значения "SD" говорили о стабильной работе пневматического оружия и стали необходимым критерием его точности. Теперь апгрейтеры могли легко поделится достигнутыми показателями, указав какая пуля отстреливалась и две-три цифры, типа кол-во замеров "с", среднее значение "а" и оценку стандартного отклонения "SD" или "d".

Например, мою винтовку с газовой пружиной четко характеризует фраза "JSB 0.547 c=32 a=279, d=1.7" Откуда очевидно, что все мои промахи вина отдачи ППП системы, спуска ГХ и главное моих кривых рук. :)

13.06.2002 Появляется прошивка версии S04.1 в ней добавлена "удаленная диагностика" (режим ППо) для того чтобы клиент мог обратится, по мылу или телефону, к производителю и представить объективные цифры диагностики, вместо невнятных объяснений, типа "анасамасглюсила", когда на самом деле был отстрелен или загрязнен датчик. :) Также я пользуюсь ей чтобы увидеть насколько отмылся датчик при чистке и убедится, что батарейки не разряжены.

14.10.2002 Версия S04.2. "В нем появились режимы СО2 и РСР их вышло не много, как-то ночью пришла идея как увеличить память :). Большинство S04.2 было с зелеными индикаторами. " - Egghead.

Подробней о S04.2

07.01.2003 Версия S04.3, в нем стало 80 выстрелов памяти. Думаю, пошло применение какой-то простой компрессии, типа "дельта-компресии", когда храняться только разница между значениями и постоянный "модуль", которым может выступать либо наименьшее либо среднее значение последовательности. Так же, в этой версии, впервые появилась возможность удаления отдельных значений из памяти. Для тех самых экстремальных отрывов с бракованными пулями. Во время автоматического скролинга LOG при нажатии на кнопку значение замигает и при повторном нажатии будет удаленно.

14.07.2004 S04.4 по просьбе трудящихся была передалана обработка ошибки в режиме РСР. После промаха показывает "--I" и опять входит в режим ожидания.

Подробней о S04.4

S04.5 это переходная модель, скорость показывала в футах, в Россию и прочий эксСССР не попали.

16 ноября 2004. Вышла текущая версия S04.6. В это версии, для предельного уменьшения систематической погрешности, предусмотрена точная коррекция расчетной константы базового расстояния, поэтому, если у вас есть возможность найти государственный эталон скорости с хорошим классом точности для пуль 4.5мм, то вы сами можете поверить по нему прибор. А так же добавлена процедура смены единиц измерения с "м/с" на "fps", это удобней для жителей c имперской системой. В этой статье процедуры таких изменений режима работы хронографа публиковаться не будут, по причине, что у клиента может просто возникнуть "желание покрутить настройки" и это создаст не нужные проблемы в виде рекламаций на точность производителю. При явной необходимости - обращайтесь к производителю за описанием процедуры коррекции и переключения в футы.

"Все даты взяты с файлов проектов, и могут быть не совсем верными, поскольку я мог их перекомпилировать под другую версию контроллера. Так что в принципе, возможно, что-то было несколько раньше. Скорострельность умеет мерить только S05" - Egghead.

Сравнительная таблица для версий хронографов S0х.

* тип памяти SRAM - данные хранятся пока работают батареи, а батареи работают в обычном режиме использования более полугода.
** измеряемая скорость серии программно ограничена до 800-850 выссек.
*** для версии 4.0 - нет, для 4.1 - да.

История хронографов серии ИБХ.

С историей развития ИБХ я не знаком, поэтому уступаю место для прямой речи SA :

"Приборы для измерения боевых характеристик (ИБХ) мы начали делать в 1999 г. и исключительно для собственного удовольствия. За это время в поиске оптимальных решений мы испробовали разнообразные варианты как типов датчиков, от электро-механических (разрыв контакта) до оптоэлектронных, так и типов хронографов, от простых наствольных с двумя оптопарами (в том числе и с открытыми), через "рогатые" до рамочных. Достаточно подробный, в этом плане, исторический экскурс с иллюстрациями в скорости воспоследует.

А вот каковы, на мой взгляд, особенности основных типов оптоэлектронных хронографов, которые чаще всего используются при испытаниях стрелкового оружия:

* возможно создание рамочного хронографа с площадью активной зоны до нескольких десятков квадратных метров (если это кому-то нужно). Но стоить это будут достаточно дорого. Вообще увеличение активной зоны хронографа влечет за собой заметное увеличение стоимости, но принципиальных препятствий (по крайней мере, у нас) нет. " - SA

Ну что же, будем ждать их статьи, а пока на этом все по истории ИБХ. :)

Подробней о ИБХ-710

Сравнительная таблица для версий хронографов ИБХ от SA и UM.

*SRAM/EEPROM, - SRAM хранит пока есть питание, EEPROM - энергонезависимая память;
** по словам производителя, версия 711.1, может измерять серии примерно до 10мс между пулями, что дает 6000 высмин соответсвенно, весьма неожиданный ROF для пневматики и не проверишь... ;).

В таблицах отсутствуют прототипы обоих производителей и новые разработки, которые еще не продаются серийно.

Проблема выбора или "Что мне купить ИБХ или S0х?"

Для начала решим проблему выбора у не определившегося с симпатиями покупателя, которым не хочет, напрягается чтением и анализировать числа и таблицы, которые будут приведены позже. Сделаем это, построив 16 не противоречивых простых экспертных продукций типа "если, то".

0. Если Вы хотите знать какая у них точность, то эти приборы измеряют скорость пневматического оружия с указанной в их документации относительной погрешностью, если соблюдать условия их эксплуатации и даже выше, если для этого использовать дополнительные приспособления.
1. Если Вы живете в Харькове, то приобретайте ИБХ.
2. Если Вы живете в Таганроге, то приобретайте S04.
3 .Приобретайте тот хронограф, который Вам быстрей и проще купить.
4. Если Вы живете в России или Украине, то приобретайте любой из них.
5. Если Вы живете в СНГ, то смотри 3.
6. Если Вы живете за пределами СНГ, то смотри пункт 3 и учитывайте, что S04.6 может измерять скорость в футах в секунду.
7. Схема S04 лучше для спортивных PCP, К. и МК винтовок и пистолетов.
8. Схема ИБХ лучше для любительских СО2, ППП, арбалетов, рогаток, подводных пневматических ружей, духовых трубок и т.д.
8. Схема ИБХ лучше для девайсов с дульными приспособлениями более Ф15.
9. Схема ИБХ позволяет замерять скорость и считать баллистический коэффициент (B.C.) для комплекса "пуля-скорость-твист-расстояние-температура-давление воздуха", однако прибор надо самостоятельно защитить непробиваемым экраном он попаданий в его корпус и датчики, поднять угол его установки, на угол падения пули на этой дистанции для компенсации геометрической погрешности.
10. S04 сохраняет данные о скорости в памяти, пока подключены батареи, а диагностика и коррекция сохраняются в энергонезависимой памяти.
11. После отключения питания у ИБХ711.1 память будет очищена, если вы не сохраните, нажимая на кнопку, нужные значения в энергонезависимной памяти.
12. S04 производит подсчет значений min<avg<max в серии без ПК.
13. S04 производит оценки стандартного отклонения серии значений скорости от среднего без ПК.
14. S04 идеален при походе пешком на природу.
15. ИБХ удобней дома, в мастерской, в тире - где есть напряжение ~220В или постоянное 12В, как при выезде на машине на природу.

Руководствуясь этими правилами, вы легко совершите выбор в сторону безпроигрышной покупки.

Выбрали? :)

Можете узнать розничные цены:

S04 и ИБХ : Россия, г. Москва: e-mail: Crelby, www: Служба доставки ВОЛПО.

ИБХ : Украина, г. Харьков: e-mail: YuraS.

Или обратится на прямую к производителям :

S04: Россия, г.Таганрог, e-mail: Egghead.

ИБХ: Украина, г.Харьков, e-mail: SA и UM.

Cравнение приборов ИБХ710, ИБХ711 и S04.1, S04.6.

Погрешность измерений скорости хронографом.

Заранее говорю, что мне неудобно и не понятно как сравнивать и какие предъявлять критерии к точности для хронографов построенных по абсолютно разным схемам и ориентированных производителями для разного применения. Поэтому прошу заранее простить за нестрогий подход к сравнению погрешностей.

Надеюсь, среди читающих не будет метрологов и меня не сильно будут бить схемотехники :)

Ликбез, что такое полная и частичная погрешность, и какие они еще бывают, пропускаем и сразу переходим к сути решаемых вопросов. Желающие могут ознакомиться с материалом самостоятельно и привести свои более обоснованные цифры.

Например, вам достался хронограф, и вы хотите знать насколько он "врет". Для этого можно просто посмотреть в документацию, с которой он к вам попал. Вы, конечно, ей 100% доверяете. :) Если написано "относительная погрешность измерения 1%" как у ИБХ710, это значит что, при средней скорости 300 м/с он будет показывать отношение абсолютной погрешности к среднему значению скорости не выше 0.01, т.е. абсолютная равна 3 м/с, что составит разброс значений от 297 до 303 м/с. Если написано ~0.5% как у S04.6, то для 300 м/с это будет абс. погрешность 1.5 м/с и разброс при округлении индикацией от 298 до 302 мс.