CH663464A5

CH663464A5 - OPTICAL DISTANCE IGNITIONER FOR MEASURING A PRESETABLE DESTINATION.

Info

Publication number: CH663464A5
Application number: CH5678/83A
Authority: CH
Inventors: Klaus Muenzel
Original assignee: Oerlikon Buehrle Ag
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1987-12-15
Also published as: DE3429943A1; DE3429943C2

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Abstandszünder zum Messen eines vorgebbaren Zielabstandes gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to an optical distance igniter for measuring a predefinable target distance according to the preamble of patent claim 1.

Als Sender kann eine Sendediode oder sonst Lichtemitter und als Empfänger kann eine Empfängerdiode oder sonst ein Sensor verwendet werden. Unter Störeinfluss ist z.B. Sonnenlicht zu verstehen, das auf den Empfänger auftrifft. A transmitter diode or other light emitter can be used as the transmitter and a receiver diode or another sensor can be used as the receiver. Under interference, e.g. Understand sunlight that hits the receiver.

Es sind verschiedene optische oder optoelektronische Abstands- oder Annäherungszünder oder -sensoren dieser Art bekannt, mit verschiedenen Verfahren und Mitteln zur Ausschaltung von Störeinflüssen um Fehler, Ungenauig-keiten und Versagen der Abstandsmessung zu vermeiden. Various optical or optoelectronic distance or proximity detonators or sensors of this type are known, with various methods and means for eliminating interferences in order to avoid errors, inaccuracies and failure of the distance measurement.

In der deutschen Patentschrift Nr. 2 949 521 ist ein solcher optischer Abstandszünder beschrieben, mit einem Empfänger, der an zwei Kanälen angeschlossen ist, wobei der erste Kanal unmittelbar vor dem Sendeimpuls das Streulicht aufnimmt und in einem nachfolgenden, ersten Analogspeicher speichert und wobei der zweite Kanal synchron mit dem Sendeimpuls die Summe aus reflektiertem Sendeimpuls und Streulicht empfängt und in einem nachgeschalteten zweiten Analogspeicher speichert. Die beiden Speicher sind an einen Subtrahierer angeschlossen. Bei Erreichen eines Schwellenwertes im Subtrahierer wird der Zündkreis geschlossen. In German Patent No. 2 949 521 such an optical distance igniter is described, with a receiver which is connected to two channels, the first channel receiving the scattered light immediately before the transmission pulse and storing it in a subsequent, first analog memory and the second Channel receives the sum of the reflected transmission pulse and scattered light synchronously with the transmission pulse and stores it in a downstream second analog memory. The two memories are connected to a subtractor. The ignition circuit is closed when a threshold value is reached in the subtractor.

In der deutschen Patentschrift Nr. 2 608 066 ist ein optischer Abstandssensor für Geschosszünder beschrieben, mit einem Empfänger, der eine Torschaltung und einen Hoch-pass aufweist, dessen Grenzfrequenz wenig unterhalb der Sendeimpulsfolgefrequenz liegt. An die Torschaltung ist ein Kondensator angeschlossen, der positive und negative Signalelemente entsprechend ihrem Vorzeichen summiert. German patent specification No. 2 608 066 describes an optical distance sensor for projectile detonators, with a receiver that has a gate circuit and a high-pass whose cut-off frequency is slightly below the transmission pulse repetition frequency. A capacitor is connected to the gate circuit, which sums positive and negative signal elements according to their sign.

Die Rauschanteile mittein sich aus und der Kondensator wird nur von Sendeimpulsen geladen. Sobald die Ladung des Kondensators eine gewisse Höhe erreicht hat, spricht ein Schwellenwertschalter an, der das Auslösesignal erzeugt. The noise components are balanced out and the capacitor is only charged by transmission pulses. As soon as the charge of the capacitor has reached a certain level, a threshold switch responds, which generates the trigger signal.

In der deutschen Patentschrift Nr. 2 456 162 ist ein Geschosszünder mit einer optoelektronischen Messeinrichtung beschrieben, die einen Empfänger aufweist. Dieser Empfänger ist über einen Verstärker an einen Bandfilter angeschlossen, der nur das Licht des Senders durchlässt. Streulicht und Rauschen, d.h. Licht mit langen Lichtimpulsen wird ausgefiltert. German Patent No. 2,456,162 describes a projectile detonator with an optoelectronic measuring device which has a receiver. This receiver is connected via an amplifier to a band filter that only allows the light from the transmitter to pass through. Scattered light and noise, i.e. Light with long light pulses is filtered out.

Die erwähnten bekannten Verfahren, bei denen Streulicht ohne Sendeimpulse und Streulicht mit Sendeimpulsen separat gespeichert werden, oder die Signalelemente entsprechend ihrem Vorzeichen summiert werden, oder nur das Licht des Senders durchgelassen wird, sind entweder sehr aufwendig und teuer oder zu ungenau und genügen daher den Anforderungen an die Zuverlässigkeit nicht mehr. The known methods mentioned, in which scattered light without transmission pulses and scattered light with transmission pulses are stored separately, or the signal elements are summed according to their sign, or only the light of the transmitter is transmitted, are either very complex and expensive or too imprecise and therefore meet the requirements reliability no longer.

Die Aufgabe, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Schaffung eines Abstandszünders, der mit wenig Bauteilen zuverlässig arbeitet, d.h. Streulicht und Störsignale sicher erkennt und eliminiert. The object to be achieved with the present invention is to provide a distance igniter that works reliably with few components, i.e. Stray light and interference signals are reliably detected and eliminated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by the features of patent claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Abstandszünders ist anhand der beigefügten Zeichnung im folgenden ausführlich beschrieben. Es zeigt: An embodiment of the distance igniter according to the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawing. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spitze eines Annäherungszünders, 1 shows a longitudinal section through the tip of a proximity fuse,

Fig. 2-5 eine schematische Darstellungeines Umschalters in vier verschiedenen Phasen, 2-5 is a schematic illustration of a switch in four different phases,

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Annäherungszünders. Fig. 6 is a block diagram of the proximity fuse.

Gemäss Fig. 1 weist der Annäherungszünder oder Abstandszünder in seiner Spitze eine Hülse 10 auf, mit einem Boden II. Auf diesem Boden 11 ist eine Isolierplatte 12 mit Hilfe von 2 Nieten 13 befestigt. Auf dieser Isolierplatte 12 ist einerseits eine Sendediode 14 und eine Empfangsdiode 15 befestigt. Diese beiden Dioden werden auch einfach als Sender und Empfänger bezeichnet. Als Sender eignet sich ausser einer Diode jedes Element, das entweder einen sichtbaren Lichtstrahl oder einen unsichtbaren Strahl aussendet, der vom Ziel reflektiert werden und vom Empfänger erkannt werden kann. Vor dem Empfänger 15 ist ein Infrarot-Filter 16 und eine optische Linse 17 angeordnet. Vor dem Sender 14 befindet sich ebenfalls eine optische Linse 18. Zwischen Sender 14 und Empfänger 15 befindet sich ein Elektronikteil 19. Dieser Elektronikteil wird von einer Batterie 20 gespiesen, die sich hinter dem Boden 11 in der Hülse 10 befindet. Der Aufbau des Elektronikteiles 19 ist aus dem Blockschaltbild Fig. 6 ersichtlich und der Aufbau einer einzelnen Baugruppe dieses Elektronikteiles ist aus Fig. 2-5 ersichtlich. 1, the proximity fuse or distance fuse has a sleeve 10 in its tip, with a base II. On this base 11, an insulating plate 12 is fastened with the aid of 2 rivets 13. On the one hand, a transmitting diode 14 and a receiving diode 15 are fastened on this insulating plate 12. These two diodes are also simply called transmitters and receivers. In addition to a diode, any element is suitable as a transmitter that emits either a visible light beam or an invisible beam that is reflected by the target and can be recognized by the receiver. An infrared filter 16 and an optical lens 17 are arranged in front of the receiver 15. There is also an optical lens 18 in front of the transmitter 14. An electronics part 19 is located between the transmitter 14 and the receiver 15. This electronics part is fed by a battery 20 which is located behind the base 11 in the sleeve 10. The structure of the electronic part 19 is shown in the block diagram in FIG. 6 and the structure of an individual assembly of this electronic part is shown in FIG. 2-5.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

663464 663464

Vor dem Zünder ist in Fig. 1 das Ziel z.B. eine Panzerplatte 21 in drei verschiedenen Abständen durch drei Linien 21a, 21b und 21c angedeutet. Ferner sind die ausgesandten Lichtstrahlen 22a, 22b und 22c sowie die reflektierten Lichtstrahlen 23a, 23b und 23c eingezeichnet. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, wandert der reflektierte Lichtstrahl 23a, b und c von innen nach aussen über den Empfänger 15 hinweg, wenn sich das Geschoss dem Ziel nähert, wobei der Lichtstrahl 23b mitten auf den Empfänger 15 auftrifft, während der Lichtstrahl 23a zu weit innen und der Lichtstrahl 23c zu weit aussen auf den Empfänger auftrifft. Dieser Vorgang ist bekannt und ist daher hier nicht näher zu erläutern. The target in front of the detonator in Fig. 1 is e.g. an armor plate 21 indicated at three different intervals by three lines 21a, 21b and 21c. The emitted light beams 22a, 22b and 22c and the reflected light beams 23a, 23b and 23c are also shown. As can be seen from this illustration, the reflected light beam 23a, b and c travels from the inside to the outside over the receiver 15 when the projectile approaches the target, the light beam 23b hitting the center of the receiver 15 while the light beam 23a is moving towards it far inside and the light beam 23c strikes the receiver too far outside. This process is known and can therefore not be explained in more detail here.

Der auf den Empfänger, d.h. die Empfängerdiode 15 auftreffende, vom Ziel reflektierte Lichtstrahl 23a, b und c erzeugt einen Strom ID und das übrige, unerwünschte Streulicht, z.B. das von der Sonne auf den Empfänger auftreffende Licht erzeugt einen zusätzlichen Strom IS. Um den Abstand des Zünders vom Ziel exakt messen zu können ist es wichtig, die beiden Ströme ID und IS genau zu unterscheiden. Diese Unterscheidung ermöglicht der anhand der Fig. 2-5 dargestellte und beschriebene Umschalter 24. Dieser Umschalter 24 weist vier Schalter S1, S2, S3 und S4 auf, welche direkt an einen Kondensator C2 angeschlossen sind. Mit Hilfe der Schalter S1 und S2 kann der Kondensator C2 an die Stromquelle IS oder ID, d.h. an die Empfängerdiode 15 (Fig. 1) angeschlossen werden. Mit Hilfe der Schalter S3 und S4 kann der Kondensator €2 an die Erdung UD angeschlossen und vollständig entladen werden. The on the recipient, i.e. light beam 23a, b and c incident on the receiver diode 15 and reflected by the target generates a current ID and the rest of the undesired scattered light, e.g. the light striking the receiver from the sun generates an additional current IS. In order to be able to precisely measure the distance of the detonator from the target, it is important to differentiate between the two currents ID and IS. This distinction is made possible by the changeover switch 24 shown and described with reference to FIGS. 2-5. This changeover switch 24 has four switches S1, S2, S3 and S4, which are connected directly to a capacitor C2. With the help of the switches S1 and S2, the capacitor C2 can be connected to the current source IS or ID, i.e. can be connected to the receiver diode 15 (Fig. 1). With the help of switches S3 and S4, the capacitor € 2 can be connected to the grounding UD and fully discharged.

Der Umschalter 24 besitzt ferner einen Verstärker V26, der mit seinem einen Eingang einerseits über einen Schalter S5 mit dem Kondensator C2 und anderseits über einen Schalter S6 mit der Erdung UD verbunden werden kann. Der andere Eingang und der Ausgang des Verstärkers V26 sind über einen Widerstand R4 miteinander verbunden. Ausserdem ist der andere Eingang des Verstärkers V26 über einen Widerstand R5 geerdet. The changeover switch 24 also has an amplifier V26, which can be connected with its one input to the capacitor C2 on the one hand via a switch S5 and to the ground UD via a switch S6 on the other hand. The other input and the output of the amplifier V26 are connected to one another via a resistor R4. In addition, the other input of amplifier V26 is grounded through a resistor R5.

In einer ersten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 und der Verstärker V26 gemäss Fig. 2 entladen bzw. geerdet. Die Schalter S3, S4 und S6 sind geschlossen, die übrigen Schalter S1, S2 und S5 sind offen. In a first phase of the distance measurement, the capacitor C2 and the amplifier V26 are discharged or grounded according to FIG. 2. Switches S3, S4 and S6 are closed, the other switches S1, S2 and S5 are open.

In einer zweiten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 gemäss Fig. 3 durch die Ströme ID und IS aufgeladen. In dieser Phase ist somit der Sender 14 eingeschaltet und reflektiert es Licht als auch Streulicht, z.B. von der Sonne, treffen auf den Empfänger 15 auf. Die Schalter SI, S4 und S6 sind geschlossen, die Schalter S2, S3 und S5 sind offen. In a second phase of the distance measurement, the capacitor C2 according to FIG. 3 is charged by the currents ID and IS. In this phase the transmitter 14 is thus switched on and reflects light as well as stray light, e.g. from the sun hit the receiver 15. The switches SI, S4 and S6 are closed, the switches S2, S3 and S5 are open.

In der dritten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 gemäss Fig. 4 durch den Strom IS teilweise entladen. In dieser Phase ist somit der Sender 14 ausgeschaltet und nur das Streulicht, z.B. von der Sonne, trifft auf den Empfänger 15 auf. Zum Entladen des Kondensators C2 sind die Schalter S2 und S3 geschlossen und auch der Verstärker V26 ist geerdet, da Schalter S6 geschlossen ist. In the third phase of the distance measurement, the capacitor C2 according to FIG. 4 is partially discharged by the current IS. In this phase, the transmitter 14 is thus switched off and only the stray light, e.g. from the sun strikes the receiver 15. To discharge the capacitor C2, the switches S2 and S3 are closed and the amplifier V26 is also grounded because switch S6 is closed.

In der vierten Phase der Abstandsmessung wird gemäss Fig. 5 der Kondensator C2 an den Verstärker V26 angeschlossen um die restliche Ladung zu messen, d.h. die Ladung, die ausschliesslich vom Sender 14 kommt. In dieser Phase sind nur die beiden Schalter S4 und S5 geschlossen und die übrigen Schalter Sl, S2, S3 und S6 sind offen. Falls diese Ladung einen Schwellenwert erreicht, erfolgt die Zündung wie weiter unten noch beschrieben ist. 5, the capacitor C2 is connected to the amplifier V26 in order to measure the remaining charge, i.e. the charge that comes exclusively from the transmitter 14. In this phase only the two switches S4 and S5 are closed and the other switches S1, S2, S3 and S6 are open. If this charge reaches a threshold value, the ignition takes place as described below.

Die Stellung der verschiedenen Schalter S1-S6 in Funktion der einzelnen Phasen ergibt sich auch aus der folgenden Tabelle in welche der offene Schalter mit O und der geschlossene Schalter mit Z bezeichnet ist. The position of the various switches S1-S6 as a function of the individual phases also results from the following table in which the open switch is designated by O and the closed switch by Z.

Phasen Phases

Sl Sl

S2 S2

S3 S3

S4 S4

S5 S5

S6 S6

I I.

o o o o

z z z z

o z o z

II II

z o z o

o z o z

III III

o z o z

z o z o

o z o z

IV IV

o o o o

o z o z

z o z o

I I.

o o o o

z z z z

o z o z

Für diese Schalter S1-S6 werden vorzugsweise Transi-storen verwendet. Transistors are preferably used for these switches S1-S6.

Der anhand der Fig. 2-5 beschriebene Umschalter 24 ist gemäss Fig. 6 einerseits über einen Stromverstärker 25 an den Empfänger 15 angeschlossen und andererseits über einen Verstärker 26 an einen Schwellenwertkomparator 27. Der durch den Empfänger 15 beim Auftreffen eines Strahles erzeugte Strom ID und IS wird somit verstärkt, bevor er zum Umschalter 24 gelangt. Die im Kondensator C2 des Umschal-ters 24 gespeicherte Ladung wird nochmals verstärkt bevor sie im Schwellenwert-Komparator 27 verglichen wird. Sobald diese Ladung den Schwellenwert erreicht, erfolgt die Zündung eines an den Kondensator C2 angeschlossenen Zünders 28. Zum Öffnen und Schliessen der Schalter S1-S6 ist eine Ansteuerung 29 an den Umschalter 24 angeschlossen. Diese Ansteuerung 29 ist mit dem Sender 14 verbunden, da der Sender 14 nur in der zweiten Phase eingeschaltet ist. Im Hinblick auf die Sicherheit ist die Ansteuerung 29 mit einem Armierungszähler 30 verbunden und zur Einhaltung der vier Phasen ist die Ansteuerung 29 an einen Oszillator 31 angeschlossen. Schliesslich sind Armierungszähler und Oszillator noch an einen Reset-Generator 32 angeschlossen. Zwischen Ansteuerung 29 einerseits und Armierungszähler 30 und Oszillator 31 andererseits ist noch ein Und-Glied 33 notwendig. The changeover switch 24 described with reference to FIGS. 2-5 is connected according to FIG. 6 on the one hand via a current amplifier 25 to the receiver 15 and on the other hand via an amplifier 26 to a threshold value comparator 27. The current ID and generated by the receiver 15 when a beam strikes IS is thus amplified before it reaches switch 24. The charge stored in the capacitor C2 of the switch 24 is amplified again before it is compared in the threshold value comparator 27. As soon as this charge reaches the threshold value, an igniter 28 connected to the capacitor C2 is fired. A control 29 is connected to the changeover switch 24 to open and close the switches S1-S6. This control 29 is connected to the transmitter 14 since the transmitter 14 is only switched on in the second phase. With regard to safety, the control 29 is connected to a reinforcement counter 30 and in order to maintain the four phases, the control 29 is connected to an oscillator 31. Finally, the arming counter and the oscillator are still connected to a reset generator 32. An AND element 33 is also necessary between the control 29 on the one hand and the arming counter 30 and the oscillator 31 on the other hand.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Abstandszünders ist wie folgt: The described detonator works as follows:

Beim Abschuss eines Geschosses mit dem erfindungsge-mässen Abstandszünder wird in üblicher Weise die Zünderbatterie 20 aktiviert und über die Resetschaltung 32 werden der Armierungszähler 30 sowie der Oszillator 31 eingeschaltet. Sobald das Geschoss den erforderlichen Abstand vom Geschütz aufweist, wird vom Armierungszähler 30 und vom Oszillator 31 die Ansteuerung 29 aktiviert und die Abstandsmessung erfolgt in den beschriebenen vier Phasen. Sobald das Geschoss den erforderlichen Abstand vom Ziel 21b erreicht hat und der vom Sender 14 ausgesandte Strah! 22b reflektiert wird, dann trifft der reflektierte Strahl 23b mitten auf den Empfänger 15 und bewirkt die Zündung, wobei der Zyklus von vier Phasen sich genügend schnell wiederholt, um eine Zündung genau im gewünschten Abstand zu gewährleisten. Durch die Messung des reflektierten Strahles zusammen mit dem Streulicht und der Messung des Streulichtes ohne den reflektierten Strahl, ist gewährleistet, dass das Streulicht, z.B. Sonnenlicht, nicht die Funktion des Abstandszünders beeinträchtigt. When a projectile is fired with the distance detonator according to the invention, the detonator battery 20 is activated in the usual way and the arming counter 30 and the oscillator 31 are switched on via the reset circuit 32. As soon as the projectile has the required distance from the gun, the arming counter 30 and the oscillator 31 activate the control 29 and the distance measurement takes place in the four phases described. As soon as the projectile has reached the required distance from target 21b and the beam emitted by transmitter 14! 22b is reflected, then the reflected beam 23b strikes the center of the receiver 15 and causes the ignition, the cycle of four phases repeating itself sufficiently quickly to ensure an ignition exactly at the desired distance. By measuring the reflected beam together with the scattered light and measuring the scattered light without the reflected beam, it is ensured that the scattered light, e.g. Sunlight, does not affect the function of the distance igniter.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

663 464 2 PATENT CLAIMS

1. Optical distance detonator for measuring a predefinable target distance for firing a projectile in front of the target (21 b), comprising an optical transmitter (14) and an optical receiver (15) emitting an electrical signal onto which the transmitter (14) emits. the beam (22, 23) reflected in the target (21 b) strikes, with storage means (C2) and with a means (24) to eliminate interference from scattered light or noise, and with a threshold switch (27) for triggering the ignition (28) As soon as the storage means (C2) has reached a threshold value as a result of the beam (22, 23) hitting the receiver (15), characterized in that the means is designed as an electrical changeover switch (24) and the storage means is designed as the only storage capacitor (C2) and that a control (29) controls the changeover switch (24) and the transmitter (14) in succession with the following four phases:

a) complete discharge of the storage capacitor (C2),

b) charging the storage capacitor (C2) when the transmitter (14) is on with the current (ID + IS) generated by the receiver (15) due to the incident beam (22, 23) and the scattered light as an electrical signal, and c) discharging the Storage capacitor (C2) when the transmitter (14) is switched off with the current (IS) generated by the receiver (15) due to the scatter light only received and d) comparing the charge remaining in the storage capacitor (C2) with the threshold value and igniting when the threshold value is reached.

2. Optical distance igniter according to claim 1, characterized in that the changeover switch (24) is present in the electronic part (19), which has the capacitor (C2), the input of which via a first switch (S1) and the output of which via a second switch ( S2) can be connected to the receiver (15), the input of which can also be connected to a ground (UD) via a third switch (S3) and the output of which can be connected via a fourth switch (S4), so that the input can be connected via a fifth switch (S5) can be connected to an amplifier (V26), the capacitor (C2) being connectable to the receiver (15) either with its input or with its output and with the output (UD) with its output or its input such that the capacitor ( C2) can be alternately charged and discharged by the receiver (15), the remaining charge being able to be conducted to the amplifier (V26) via the fifth switch (S5) after the discharge.