CN111238310A - 一种电容式装甲车辆振动测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式装甲车辆振动测量装置及其测量方法。本发明将电容式装甲车辆振动测量单元装载在载体弹中，在战斗部发射前有载体弹先行抛撒出；本发明采用爆炸焊接将本装置与装甲车的甲板焊接在一起，防止在爆炸场中由于爆炸冲击波的作用导致传感器脱落，同时使用充气式气动减速设备，使传感器有效减速防止由于动能过大发生损坏；通过乳化炸药的爆轰压力，使装甲车的甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互紧密结合在一起；此外，本发明首次将机械振动传感器在实战中在战斗部前抛撒进行毁伤评估，应用于实战中。

Description

一种电容式装甲车辆振动测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及振动测量技术，具体涉及一种电容式装甲车辆振动测量装置及其测量方法。

背景技术

毁伤效能评估是目标选择和打击决策的重要基础，装甲车辆在战场上为步兵提供火力支援的地位，装甲车辆的毁伤评估在战场中起着至关重要的作用。在目标毁伤评估过程中，可以根据装甲车辆的运动来判断目标是否到达毁伤目的，机械振动特性是反应装甲车辆是否运动，是否具有打击能力的重要指标。装甲车辆的机械振动特性是装甲车辆运动的一种形式，当装甲车辆保持运动时，其零部件保持在平衡位置周围做往复运动，这种每隔一定时间的往复机械运动即为装甲车辆的机械振动特性。如若装甲车辆在打击中彻底摧毁，将会失去运动能力，振动传感器测量不到机械振动；若仍能移动或武器系统仍有打击能力，振动传感器将测量到机械振动，并根据振动特性判断毁伤情况。

传感器技术随着数字化进程快速发展，目前机械振动的测量方式主要有机械法、电测法、光测法。电容式机械振动传感器一般分为两种类型，即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。但目前已有的测量方式均需要提前将传感器装备到装甲车辆上，在战场环境中难以实现。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种电容式装甲车辆振动测量装置及其测量方法，本发明的测量装置在战斗部之前由载体弹抛撒出来，经过爆炸焊接在装甲车辆甲板上，通过对于爆炸前后装甲车辆的振动特性改变，来判断对于目标的打击情况。

本发明的一个目的在于提出一种电容式装甲车辆振动测量装置。

本发明的电容式装甲车辆振动测量装置包括：载体弹、中心药柱、隔板、延时起爆电路和电容式装甲车辆振动测量单元；其中，载体弹的中心轴上设置中心药柱，中心药柱连接至延时起爆电路，在载体弹内并且关于中心药柱中心对称设置有多个电容式装甲车辆振动测量单元，电容式装甲车辆振动测量单元之间设置隔板隔开；电容式装甲车辆振动测量单元包括焊接底板、粘性涂层、充气式气动减速设备、乳化炸药、电子雷管、隔爆外壳、惯性开关、电源管理电路、信号采集处理电路、控制电路、数据存储器、通信单元、光电开关、充气装置、多孔缓冲物和机械振动传感器；电源管理电路、数据存储器、信号采集处理电路和控制电路均设置在电路板上；电子雷管通过惯性开关连接至电源管理电路；控制电路通过光电开关连接至电源管理电路；电源管理电路还分别连接至充气装置和机械振动传感器；机械振动传感器连接至信号采集处理电路，信号采集处理电路连接至控制电路；控制电路还分别连接至数据存储器和通信单元；在焊接底板的下表面的边缘涂覆有粘性涂层；焊接底板的上表面边缘设置环形的充气式气动减速设备；在充气式气动减速设备中间的通孔内设置乳化炸药、电子雷管、隔爆外壳、惯性开关和充气装置；在焊接底板的上表面放置乳化炸药，电子雷管包埋在乳化炸药中；在乳化炸药上设置隔爆外壳；在隔爆外壳上设置惯性开关，在惯性开关之上设置充气装置；在充气式气动减速设备内惯性开关与充气装置之间采用多孔缓冲物填充空隙；在充气装置上放置电路板；在电路板的侧边缘设置光电开关，在充气式气动减速设备未充气状态下，光电开关位于充气式气动减速设备外；在电路板上设置机械振动传感器；在机械振动传感器的外表面设置通信单元；在战斗部发射前，先发射载体弹，载体弹内的充气式气动减速设备为压缩状态，光电开关和惯性开关断开，延时起爆电路开始倒计时；当延时起爆电路计时结束时，延时起爆电路引爆中心药柱，将载体弹破坏，将电容式装甲车辆振动测量单元抛撒出；光电开关感知到光度变化，光电开关闭合，光电开关为控制电路提供信号，控制电路控制充气装置向充气式气动减速设备内部充气，充气式气动减速设备的体积变大，从而在抛撒过程中进行有效减速，同时控制电路控制机械振动传感器开始工作；当电容式装甲车辆振动测量装置的底部接触到装甲车的甲板时，粘性涂层将测量装置黏附于甲板的表面；同时，测量装置与甲板发生强烈撞击，惯性开关感受到惯性力的变化，惯性开关闭合，电源管理电路为电子雷管供电，引爆电子雷管，从而电子雷管引爆乳化炸药；在乳化炸药的爆轰压力作用下，甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起，在高温轧制力作用下，界面两侧形成紧密的结合力；机械振动传感器采集装甲车的振动信息，传输至信号采集处理电路；信号采集处理电路对信号进行采集，并进行调理放大后传输至控制电路；振动信息通过通信单元传输至载体弹和战斗部的发射点的数据接收终端。

机械振动传感器采用电容传感器，包括动极板和定极板，定极板在下位于电路板上，动极板在上，与定极板之间有距离；动极板作为灵敏元件采用弹性元件膜片。在未受压力作用时，动极板和定极板之间的电容量为C₀，在测量时，振动通过介质即空气加到动极板上，此时动极板将产生位移x，使两极板间的距离减小，从而使电容发生变化，由C₀变为C_x，通过电容量C_x来表达所测压力P的大小，通过压力反应振动情况。同时测量的电信号通过调理电路进行放大，数模转换，分析装甲车辆在爆炸前后的振动特性。

机械振动传感器外设置防护壳；防护壳采用聚脲弹性体材料。

焊接底板采用钛板。爆炸焊接使用的乳化炸药以氧化剂盐类水溶液为基，玻璃微球作为稀释剂，配制低爆速乳化炸药，爆轰压力作用下甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起；在高温轧制力作用下，界面两侧金属产生强烈的塑性变形与破裂，裸露出新鲜金属被挤入覆膜裂隙中，被激活的活化金属依靠原子间金属键以及高温扩散相互结合在一起，形成紧密的结合力。

充气式气动减速设备为环形气囊；充气式气动减速设备在战斗部内为压缩状态，从战斗部中抛撒出后，充气装置给气囊充气，气囊充气后为张力倒圆台形状，根据减速过程中充气式气动减速设备表面所承受的压力分布而设计的气动减速设备，在下降过程中通过充气改变迎风阻力控制减速过程。

多孔缓冲物采用塑料泡沫，对电路起保护作用。

隔板采用聚碳酸酯塑料。

按照载体弹的飞行速度以及装甲车的速度和距离，计算得到延时起爆电路计时时间；当倒计时结束时，载体弹位于装甲车上空，抛洒出大量的电容式装甲车辆振动测量单元，从而保障至少有一个电容式装甲车辆振动测量单元能够落到装甲车上。电容式装甲车辆振动测量单元数量为≥10。

本发明的另一个目的在于提出一种电容式装甲车辆振动测量方法。

本发明的电容式装甲车辆振动测量方法，包括以下步骤：

1)在战斗部发射前，先发射载体弹，载体弹内的充气式气动减速设备为压缩状态，光电开关和惯性开关断开，延时起爆电路开始倒计时；

2)当延时起爆电路计时结束时，延时起爆电路引爆中心药柱，将载体弹破坏，将电容式装甲车辆振动测量单元抛撒出；

3)光电开关感知到光度变化，光电开关闭合，光电开关为控制电路提供信号，控制电路控制充气装置向充气式气动减速设备内部充气，充气式气动减速设备体积变大，从而在抛撒过程中进行有效减速，同时控制电路控制机械振动传感器开始工作；

4)当电容式装甲车辆振动测量装置的底部接触到装甲车的甲板时，粘性涂层将测量装置黏附于甲板的表面；

5)同时，测量装置与甲板发生强烈撞击，惯性开关感受到惯性力的变化，惯性开关闭合，电源管理电路为电子雷管供电，引爆电子雷管，从而电子雷管引爆乳化炸药；

6)在乳化炸药的爆轰压力作用下，甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起，在高温轧制力作用下，界面两侧形成紧密的结合力；

7)机械振动传感器采集装甲车的振动信息，传输至信号采集处理电路；

8)信号采集处理电路对信号进行采集，并进行调理放大后传输至控制电路；

9)振动信息通过通信单元传输至载体弹和战斗部的发射点的数据接收终端。

本发明的优点：

本发明采用爆炸焊接将本装置与装甲车的甲板焊接在一起，防止在爆炸场中由于爆炸冲击波的作用导致传感器脱落，同时使用充气式气动减速设备，使传感器有效减速防止由于动能过大发生损坏；通过乳化炸药的爆轰压力，使装甲车的甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互紧密结合在一起；此外，本发明首次将机械振动传感器在实战中在战斗部前抛撒进行毁伤评估，应用于实战中。

附图说明

图1为本发明的电容式装甲车辆振动测量单元的一个实施例的剖面图；

图2为本发明的电容式装甲车辆振动测量装置的一个实施例的示意图；

图3为本发明的电容式装甲车辆振动测量单元的连接框图；

图4为本发明的容式装甲车辆振动测量单元的外观示意图，其中，(a)为搭载在战斗部内的示意图，(b)为从战斗部抛洒出后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图2所示，本实施例的本发明的电容式装甲车辆振动测量装置包括：载体弹1、中心药柱2、隔板3、延时起爆电路和电容式装甲车辆振动测量单元4；其中，载体弹1的中心轴上设置中心药柱2，中心药柱2连接至延时起爆电路，在载体弹1内并且关于中心药柱2中心对称设置有多个电容式装甲车辆振动测量单元4，电容式装甲车辆振动测量单元4之间设置隔板3隔开。

如图1所示，电容式装甲车辆振动测量单元包括焊接底板41、粘性涂层42、充气式气动减速设备43、乳化炸药44、隔爆外壳45、电子雷管、电源管理电路、信号采集处理电路、控制电路、光电开关46、充气装置47、惯性开关48、多孔缓冲物49和机械振动传感器50；在焊接底板41的下表面的边缘涂覆有粘性涂层42；焊接底板41的上表面边缘设置环形的充气式气动减速设备43；在充气式气动减速设备43中间的通孔内设置乳化炸药44、电子雷管、隔爆外壳45、安保电路、惯性开关48和充气装置47；在焊接底板41的上表面放置乳化炸药44，电子雷管包埋在乳化炸药44中；在乳化炸药44上设置隔爆外壳45；在隔爆外壳45上设置惯性开关48和安保电路，在惯性开关48之上设置充气装置47；在充气式气动减速设备43内惯性开关48与充气装置47之间采用多孔缓冲物49填充空隙；在充气装置47上放置电路板；在电路板的侧边缘设置光电开关46，在充气式气动减速设备43未充气状态下，光电开关46位于充气式气动减速设备43外；在电路板上设置机械振动传感器50；在机械振动传感器50的外表面设置通信单元，通信单元采用天线。

如图3所示，电源管理电路、数据存储器、信号采集处理电路和控制电路均设置在电路板51上；电子雷管通过惯性开关和安保电路连接至电源管理电路；控制电路通过光电开关连接至电源管理电路；电源管理电路还分别连接至充气装置和机械振动传感器；机械振动传感器连接至信号采集处理电路，信号采集处理电路连接至控制电路；控制电路还分别连接至数据存储器和通信单元。

如图1所示，机械振动传感器采用电容传感器，包括：动极板52和定极板53，定极板53在下位于电路板上，动极板52在上，与定极板之间有距离；动极板作为灵敏元件采用弹性元件膜片。机械振动传感器位于防护壳51内。

如图4所示，充气式气动减速设备在战斗部内为压缩状态，如图4(a)所示，充气装置给充气式气动减速设备的气囊充气，气囊充气后，充气式气动减速设备的外壁形貌为为倒圆台的侧壁，如图4(b)所示。

本实施例的电容式装甲车辆振动测量方法，包括以下步骤：

1)在战斗部发射前，先发射载体弹，载体弹内的充气式气动减速设备为压缩状态，光电开关和惯性开关断开，延时起爆电路开始倒计时；

2)当延时起爆电路计时结束时，延时起爆电路引爆中心药柱，将载体弹破坏，将电容式装甲车辆振动测量单元抛撒出；

3)光电开关感知到光度变化，光电开关闭合，光电开关为控制电路提供信号，控制电路控制充气装置向充气式气动减速设备内部充气，充气式气动减速设备体积变大，从而在抛撒过程中进行有效减速，同时控制电路控制机械振动传感器开始工作；

4)当电容式装甲车辆振动测量装置的底部接触到装甲车的甲板时，粘性涂层将测量装置黏附于甲板的表面；

5)同时，测量装置与甲板发生强烈撞击，惯性开关感受到惯性力的变化，惯性开关闭合，电源管理电路为电子雷管供电，引爆电子雷管，从而电子雷管引爆乳化炸药；

6)在乳化炸药的爆轰压力作用下，甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起，在高温轧制力作用下，界面两侧形成紧密的结合力；

7)机械振动传感器采集装甲车的振动信息，传输至信号采集处理电路；

8)信号采集处理电路对信号进行采集，并进行调理放大后传输至控制电路；

9)振动信息通过通信单元传输至载体弹和战斗部的发射点的数据接收终端。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述电容式装甲车辆振动测量装置包括：载体弹、中心药柱、隔板、延时起爆电路和电容式装甲车辆振动测量单元；其中，载体弹的中心轴上设置中心药柱，中心药柱连接至延时起爆电路，在载体弹内并且关于中心药柱中心对称设置有多个电容式装甲车辆振动测量单元，电容式装甲车辆振动测量单元之间设置隔板隔开；电容式装甲车辆振动测量单元包括焊接底板、粘性涂层、充气式气动减速设备、乳化炸药、电子雷管、隔爆外壳、惯性开关、电源管理电路、信号采集处理电路、控制电路、数据存储器、通信单元、光电开关、充气装置、多孔缓冲物和机械振动传感器；电源管理电路、数据存储器、信号采集处理电路和控制电路均设置在电路板上；电子雷管通过惯性开关连接至电源管理电路；控制电路通过光电开关连接至电源管理电路；电源管理电路还分别连接至充气装置和机械振动传感器；机械振动传感器连接至信号采集处理电路，信号采集处理电路连接至控制电路；控制电路还分别连接至数据存储器和通信单元；在焊接底板的下表面的边缘涂覆有粘性涂层；焊接底板的上表面边缘设置环形的充气式气动减速设备；在充气式气动减速设备中间的通孔内设置乳化炸药、电子雷管、隔爆外壳、惯性开关和充气装置；在焊接底板的上表面放置乳化炸药，电子雷管包埋在乳化炸药中；在乳化炸药上设置隔爆外壳；在隔爆外壳上设置惯性开关，在惯性开关之上设置充气装置；在充气式气动减速设备内惯性开关与充气装置之间采用多孔缓冲物填充空隙；在充气装置上放置电路板；在电路板的侧边缘设置光电开关，在充气式气动减速设备未充气状态下，光电开关位于充气式气动减速设备外；在电路板上设置机械振动传感器；在机械振动传感器的外表面设置通信单元；在战斗部发射前，先发射载体弹，载体弹内的充气式气动减速设备为压缩状态，光电开关和惯性开关断开，延时起爆电路开始倒计时；当延时起爆电路计时结束时，延时起爆电路引爆中心药柱，将载体弹破坏，将电容式装甲车辆振动测量单元抛撒出；光电开关感知到光度变化，光电开关闭合，光电开关为控制电路提供信号，控制电路控制充气装置向充气式气动减速设备内部充气，充气式气动减速设备的体积变大，从而在抛撒过程中进行有效减速，同时控制电路控制机械振动传感器开始工作；当电容式装甲车辆振动测量装置的底部接触到装甲车的甲板时，粘性涂层将测量装置黏附于甲板的表面；同时，测量装置与甲板发生强烈撞击，惯性开关感受到惯性力的变化，惯性开关闭合，电源管理电路为电子雷管供电，引爆电子雷管，从而电子雷管引爆乳化炸药；在乳化炸药的爆轰压力作用下，甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起，在高温轧制力作用下，界面两侧形成紧密的结合力；机械振动传感器采集装甲车的振动信息，传输至信号采集处理电路；信号采集处理电路对信号进行采集，并进行调理放大后传输至控制电路；振动信息通过通信单元传输至载体弹和战斗部的发射点的数据接收终端。

2.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述机械振动传感器采用电容传感器，包括动极板和定极板，定极板在下位于电路板上，动极板在上，与定极板之间有距离；动极板作为灵敏元件采用弹性元件膜片。

3.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，还包括防护壳，所述机械振动传感器外设置防护壳；防护壳采用聚脲弹性体材料。

4.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述焊接底板采用钛板。

5.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述充气式气动减速设备为环形气囊；充气式气动减速设备在战斗部内为压缩状态，从战斗部中抛撒出后，充气装置给气囊充气，气囊充气后为倒圆台形状。

6.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述多孔缓冲物采用塑料泡沫。

7.如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置，其特征在于，所述隔板采用聚碳酸酯塑料。

8.一种如权利要求1所述的电容式装甲车辆振动测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

1)在战斗部发射前，先发射载体弹，载体弹内的充气式气动减速设备为压缩状态，光电开关和惯性开关断开，延时起爆电路开始倒计时；

2)当延时起爆电路计时结束时，延时起爆电路引爆中心药柱，将载体弹破坏，将电容式装甲车辆振动测量单元抛撒出；

3)光电开关感知到光度变化，光电开关闭合，光电开关为控制电路提供信号，控制电路控制充气装置向充气式气动减速设备内部充气，充气式气动减速设备体积变大，从而在抛撒过程中进行有效减速，同时控制电路控制机械振动传感器开始工作；

4)当电容式装甲车辆振动测量装置的底部接触到装甲车的甲板时，粘性涂层将测量装置黏附于甲板的表面；

5)同时，测量装置与甲板发生强烈撞击，惯性开关感受到惯性力的变化，惯性开关闭合，电源管理电路为电子雷管供电，引爆电子雷管，从而电子雷管引爆乳化炸药；

6)在乳化炸药的爆轰压力作用下，甲板与焊接底板的间隙产生塑性变形，相互挤压啮合一起，在高温轧制力作用下，界面两侧形成紧密的结合力；

7)机械振动传感器采集装甲车的振动信息，传输至信号采集处理电路；

8)信号采集处理电路对信号进行采集，并进行调理放大后传输至控制电路；

9)振动信息通过通信单元传输至载体弹和战斗部的发射点的数据接收终端。

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