CN114858015A - 一种侵彻引信用磁电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侵彻引信用磁电传感器，包括：外壳、线圈、骨架、底盖、弹簧、磁铁和传感器信号处理电路；骨架安装在外壳内，底盖安装在外壳的开口端，将外壳内的骨架压紧固定，骨架外表面绕装有线圈，线圈的两端均与传感器信号处理电路连接，磁铁位于骨架的盲孔N中，弹簧位于骨架的盲孔N与底盖的盲孔K形成的空腔中，弹簧一端抵在盲孔K的内底部，一端抵在磁铁上；当磁铁受到惯性力作用，惯性力小于或等于弹簧的预压力时，磁铁抵在固在盲孔N的内底面上，并保持静止，惯性力大于弹簧的预压力时，磁铁压缩弹簧，并向外壳的开口端方向运动。本发明在侵彻每一层时能够输出正比于速度降的信号，能够有效提高探测识别穿层信息的准确性。

Description

一种侵彻引信用磁电传感器

技术领域

本发明属于磁电传感器技术领域，具体涉及一种侵彻引信用磁电传感器。

背景技术

侵彻弹药能够有效打击高价值硬目标防护工程，侵彻弹一般配备特制的侵彻战斗部用以穿透打击目标的硬质防护层，并且在触碰目标侵彻过程中，侵彻弹会钻进目标内部一定深度或特定层数的硬目标后才完成爆炸，而要达到能够在特定地方爆炸则需要智能化引信通过探测到目标信息，依据预定的策略，并在在合适的时机或特点的地点引爆战斗部，使得毁伤效果达到最大化。因此，作为侵彻硬目标引信的敏感元件，引信内部感测弹体侵入硬目标中产生高过载信号的传感器是整个侵彻弹药实现定时定点起爆的基础，这也使得侵彻硬目标(特别是在侵彻多层硬目标)引信的传感器技术与高过载下的信号处理技术成为当下研究侵彻弹的重点与难点。

计层/计空穴起爆是目前主流的硬目标侵彻引信起爆方式，侵彻弹引信处理电路记录传感器碰撞每一层硬目标的高过载信号，提取并记录相关特征信息，计算出侵彻战斗部穿透目标的层数和空穴数，控制战斗部在预设的目标层或空穴处起爆。这种起爆方式打击精度高、适用范围广、实现难度较易，优点非常突出。

在计层/计空穴起爆方式中，传统测量侵彻高过载信号的传感器都为压电式或压阻式加速度传感器，具有响应频带宽，灵敏度线性范围广、抗过载值高等特点，能够比较准确测量侵彻过程中的过载。但压电式或压阻式加速度传感器在测量过程会出现加速度传感器零漂问题、加速度信号混叠粘连问题及复杂信号处理和算法研究问题等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种侵彻引信用磁电传感器，该传感器在侵彻每一层时能够输出正比于速度降的信号，能够有效提高探测识别穿层信息的准确性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种侵彻引信用磁电传感器，包括：外壳、线圈、骨架、底盖、弹簧、磁铁和传感器信号处理电路；

所述外壳一端开口一端封闭，所述骨架安装在外壳的内部，所述底盖安装在外壳的开口端，并将外壳内的骨架压紧固定；

骨架的外表面上沿长度方向的中部位置绕装有线圈，所述线圈的两端均与传感器信号处理电路连接；骨架的一端加工有一盲孔N，所述底盖的内底面加工有一盲孔K，盲孔K与盲孔N相对连通形成一个空腔A；所述磁铁位于盲孔N内部；所述弹簧位于所述空腔A内，一端抵在盲孔K的内底部，一端抵在磁铁上，弹簧有预压力，将磁铁抵在固在盲孔N的内底面上；

当磁铁受到惯性力作用，惯性力小于或等于弹簧的预压力时，磁铁抵在固在盲孔N的内底面上，并保持静止，惯性力大于弹簧的预压力时，磁铁压缩弹簧，并向外壳的开口端方向运动；

所述磁铁和弹簧组成的惯性系统的固有频率与冲击振动频率相比，冲击振动频率是磁铁和弹簧组成的惯性系统的固有频率的五倍到十倍。

进一步的，所述外壳的封闭端加工有一个通孔，所述线圈的两端均穿过所述通孔与位于外壳外部的传感器信号处理电路连接，传感器信号处理电路与信号采集装置连接。

进一步的，所述骨架与外壳的封闭端接触的端面加工有一盲孔M，所述盲孔M与外壳的封闭端的内端面形成一个空腔B，所述传感器信号处理电路置于所述空腔B中，所述外壳的封闭端加工有一个通孔，传感器信号处理电路通过信号线穿过外壳的封闭端的通孔与外部的信号采集装置连接。

进一步的，所述外壳为圆柱壳体，圆柱壳体的开口端的内圆周加工有内螺纹，底盖的外圆周加工有外螺纹，所述底盖与外壳通过螺纹配合连接，底盖上未开孔端与外壳开口端的边缘处于同一平面。

进一步的，所述盲孔N的直径大于底盖的所述盲孔K的直径，骨架的盲孔K所在端面与底盖的盲孔N所在端面相接触，形成环形台阶面；

当磁铁向外壳的封闭端方向运动时，接触到盲孔N的内底面到达极限位置Ⅰ，当磁铁向外壳的开口方运动时，接触到所述台阶面到达极限位置Ⅱ。

进一步的，磁铁在极限位置Ⅰ时与所述线圈的位置相对。

进一步的，所述骨架的外圆周面加工有环形凹槽，所述线圈安装在所述环形凹槽中。

进一步的，所述传感器还包括缓冲垫，所述缓冲垫设置在所述骨架的盲孔N的内底面。

进一步的，所述磁铁外部包裹有保护壳。

进一步的，所述外壳采用导磁材料；所述底盖采用导磁材料；所述骨架采用非导磁材料；所述磁铁采用钕铁硼N35材料。

有益效果：

(1)本发明中磁铁在受到大于弹簧抗力的惯性力后向底盖方向运动，磁铁因惯性与线圈产生相对运动而产生感应电动势，输出信号是正比于侵彻弹丸侵彻硬目标时的速度降，使引信在侵彻硬目标的情况下能够实现计层识别，为侵彻多层硬目标引信的发展提供了新的技术储备。

(2)本发明很大程度地消除弹体振动信号和噪声信号的影响，产生的穿层信号近似为一条正弦曲线，输出信号峰值高，波形光滑直观，有利于识别与处理，解决了弹丸侵彻过载信号粘连混叠严重、难识别的问题。

(3)弹丸侵彻硬目标时的刚体过载频率大概在几千赫兹，本发明的传感器内磁铁与弹簧组成的惯性系统固有频率小于几百赫兹，刚体过载频率是传感器内磁铁与弹簧组成的惯性系统的五到十倍，可以实现对侵彻环境中速度降信号的测量。

(4)本发明的弹簧在装配时有一定的初始预压力，侵彻引信在受到冲击过载前，即使引信受到微小的振动或冲击，传感器磁铁与引信也能保持相对静止，此时传感器无信号输出，从而提升传感器的抗扰能力；并且弹簧在磁铁的整个运动过程中始终处于压缩状态，磁铁上无需设置与弹簧相连接的槽口。

(5)本发明中盲孔K直径小于所述骨架的盲孔N直径，令骨架与底盖构成台阶结构，底盖可以对弹簧起到限位作用，使得传感器具有抗高过载能力。

(6)本发明中惯性系统与传统的磁电传感器不同，惯性元件只能在一个方向运动，只能测量一个方向的速度变化，节约了空间，并能满足侵彻引信用传感器的功能要求。

(7)本发明中在骨架上磁铁与骨架接触位置固定有缓冲垫，使得磁铁返回初始位置时与骨架碰撞发生的反跳减弱，有效的抑制反跳信号，减小反跳信号对对磁电传感器的后续输出、处理电路的穿层识别的影响。

(8)本发明中外壳和底盖采用导磁材料可以对外部电磁干扰产生屏蔽作用，增强了传感器抗电磁干扰能力；骨架采用强度较高且非导磁的材料(硬铝)可以减小骨架对传感器测量的准确性的影响且具有抗高过载能力。

(9)本发明的磁铁外部包裹有保护壳，防止高冲击作用下磁铁破碎。

(10)本发明的结构简单，传感器信号处理电路设计简单且体积小，可放置于传感器内部，不用再在传感器外部设置传感器处理电路，不仅节约空间且易于操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图Ⅰ；

图2是侵彻过程中传感器状态示意图；

图3是本发明的输出信号

图4是本发明的结构示意图Ⅱ；

其中，1-外壳，2-线圈，3-骨架，4-底盖，5-弹簧，6-磁铁，7-保护壳，8-缓冲垫，9-传感器信号处理电路，10-信号线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种侵彻引信用磁电传感器，参见附图1，包括：外壳1、线圈2、骨架3、底盖4、弹簧5、磁铁6、缓冲垫8和传感器信号处理电路9；

所述外壳1为一端开口一端封闭的圆柱壳体，圆柱壳体的封闭端加工有一个通孔；圆柱壳体的开口端的内圆周加工有内螺纹，所述外壳1采用导磁材料；

所述底盖4的一个端面加工有盲孔K，底盖4的外圆周加工有外螺纹，所述底盖4采用导磁材料；

所述骨架3的一端面加工有盲孔N，且盲孔N的直径大于底盖4的所述盲孔K的直径；骨架3的外圆周面加工有环形凹槽；骨架3采用非导磁材料；

所述磁铁6采用钕铁硼N35材料；

各部件之间的连接关系如下：

所述线圈2安装在所述骨架3外圆周的环形凹槽中；

所述骨架3与线圈2作为一个整体同轴安装在外壳1内，线圈2的两端均穿过通孔A与传感器外部的传感器信号处理电路9(附图1和2中未画出)连接，传感器信号处理电路9再与信号采集装置连接；所述底盖4与外壳1通过螺纹配合连接，并将外壳1内的骨架3压紧固定；底盖4上未开孔端与外壳1开口端的边缘处于同一平面，骨架3的盲孔K所在端面与底盖4的盲孔N所在端面相接触，形成环形台阶面；所述盲孔K与盲孔N相对连通形成一个空腔A；

所述缓冲垫8设置在所述骨架3的盲孔N的内底部；

所述磁铁6设置在骨架3的盲孔N内部，磁铁6只能在所述盲孔N内沿盲孔N轴线方向反复运动，磁铁6运动到接触到缓冲垫8到达极限位置Ⅰ，磁铁6运动接触到所述台阶面到达极限位置Ⅱ；磁铁6在极限位置Ⅰ时与所述线圈2的位置相对；所述磁铁6外部包裹有保护壳7，防止高冲击作用下磁铁6破碎；

所述弹簧5安装在盲孔N与盲孔K相通形成的空腔A中，所述弹簧5一端支撑在底盖4的盲孔K的底部，另一端支撑在磁铁6上，安装完毕后，静止状态下，弹簧5有预压力，将磁铁6压紧在缓冲垫8上；当磁铁6受到惯性力作用，惯性力小于或等于弹簧5的预压力时，磁铁6保持静止，惯性力大于弹簧5的预压力时，磁铁6向外壳1的开口端方向运动；所述磁铁6和弹簧5组成的惯性系统的固有频率与冲击振动频率相比，冲击振动频率是磁铁6和弹簧5组成的惯性系统的固有频率的五倍到十倍。

工作过程：

第一阶段：弹丸在撞击到硬目标前匀速飞行阶段，参见附图1，传感器内部由弹簧5支撑的磁铁6与弹丸保持相对静止，传感器无输出。具体为两种情况，其一，弹丸匀速飞行未受到小的冲击和振动时，弹簧5会有一定的压缩量，对磁铁6保持预压力，使磁铁6可以一直与缓冲材料7接触，传感器无信号输出；其二，当弹丸匀速飞行受到小的振动或冲击时，所述弹簧5的设置可提升传感器的抗扰能力，当内部磁铁6受到的惯性力小于或等于弹簧5对磁铁6的预压力时，磁铁6可以保持不动，传感器无信号输出；

第二阶段：侵彻弹丸接触到硬目标并逐渐侵入阶段：参见附图2和附图3，弹丸受到较大的刚体过载后减速，传感器内部的磁铁6受到的惯性力作用，当惯性力大于弹簧5的预压力时，磁铁6相对于弹丸向极限位置Ⅱ方向运动，磁场切割线圈2产生方向为正、大小与弹丸速度降成正比的感应电动势，传感器输出正比于速度降的信号；具体分为两种情况：其一，磁铁6一直相对于弹丸极限位置Ⅱ方向运动，磁铁6在侵彻过载结束时尚未运动到极限位置Ⅱ；其二，磁铁6在侵入阶段的过程中，运动到极限位置Ⅱ，在侵彻过载结束前一直处于极限位置Ⅱ上；

第三阶段：参加附图3，侵彻弹丸穿过硬目标后，此时没有侵彻过载存在，磁铁6的运动存在以下三种情况：

(A)磁铁6在侵彻过载结束后尚未运动到极限位置Ⅱ，但磁铁6在弹簧5抵抗力的作用下减速，在运动到极限位置Ⅱ，速度就衰减为零，并反向运动；

(B)磁铁6在侵彻过载结束后尚未运动到极限位置Ⅱ，磁铁6在弹簧5抵抗力的作用下逐渐减速，以一定速度到达极限位置Ⅱ后产生较轻微的碰撞，碰撞后磁铁6反向运动；

(C)磁铁6在侵彻过载还没结束时就运动到极限位置Ⅱ，磁铁6仍在惯性力的加速过程中就碰撞到底盖4，碰撞过程强烈，若此时侵彻过载依然存在且大于弹簧5的抗力，磁铁6将一直处于极限位置Ⅱ上，待侵彻过载结束后磁铁6反向运动；

当磁铁6仅在弹簧5的作用下做减速运动时，磁铁6运动产生的电动势随之减小，传感器输出信号值随之减小；当磁铁6减速到零时，不产生感应电动势，传感器输出值为零；当磁铁6反向运动时，磁铁6运动产生的电动势与第二阶段的感应电动势相反，所以传感器输出的信号正负也与第二阶段相反。

工作原理：

当冲击振动频率为侵彻引信用磁电传感器自振频率的5到10倍，就可以认为侵彻引信用磁电传感器输出与相对于惯性参考点的速度成正比，测量精度就能够满足使用范围。弹丸侵彻硬目标时的刚体过载频率大概在几千赫兹，侵彻引信用磁电传感器内磁铁6和弹簧5组成的惯性系统的固有频率小于几百赫兹，可以实现对侵彻环境中速度降信号的测量。

本发明中磁铁6在受到大于弹簧5抗力的惯性力后向极限位置Ⅱ方向运动，磁铁6因惯性与线圈2产生相对运动而产生感应电动势，输出信号正比于侵彻弹丸侵彻硬目标时的速度降，由此产生的穿层信号近似为一条正弦曲线，输出信号峰值高，波形光滑直观，有利于识别与处理，很大程度地消除弹体振动信号和噪声信号的影响，解决了弹丸侵彻过载信号粘连混叠严重、难识别的问题，使引信在侵彻硬目标的情况下能够实现计层识别。

实施例2：

本实施例基于实施例1，所述骨架3与外壳1的封闭端接触的端面加工有一盲孔M，所述盲孔M与外壳1的封闭端的内端面形成一个空腔B，所述传感器信号处理电路9置于所述空腔B中，传感器信号处理电路9通过信号线10与外部的信号采集装置连接；本发明的结构简单，传感器信号处理电路9设计简单且体积小，可放置于传感器内部，不用再在传感器外部设置传感器信号处理电路9，不仅节约空间且易于安装和使用。

其他具体实施方式与工作原理与实施例1相同，此处不再赘述。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，包括：外壳(1)、线圈(2)、骨架(3)、底盖(4)、弹簧(5)、磁铁(6)和传感器信号处理电路(9)；

所述外壳(1)一端开口一端封闭，所述骨架(3)安装在外壳(1)的内部，所述底盖(4)安装在外壳(1)的开口端，并将外壳(1)内的骨架(3)压紧固定；

骨架(3)的外表面上沿长度方向的中部位置绕装有线圈(2)，所述线圈(2)的两端均与传感器信号处理电路(9)连接；骨架(3)的一端加工有一盲孔N，所述底盖(4)的内底面加工有一盲孔K，盲孔K与盲孔N相对连通形成一个空腔A；所述磁铁(6)位于盲孔N内部；所述弹簧(5)位于所述空腔A内，一端抵在盲孔K的内底部，一端抵在磁铁(6)上，弹簧(5)有预压力，将磁铁(6)抵在固在盲孔N的内底面上；

当磁铁(6)受到惯性力作用，惯性力小于或等于弹簧(5)的预压力时，磁铁(6)抵在固在盲孔N的内底面上，并保持静止，惯性力大于弹簧(5)的预压力时，磁铁(6)压缩弹簧(5)，并向外壳(1)的开口端方向运动；

所述磁铁(6)和弹簧(5)组成的惯性系统的固有频率与冲击振动频率相比，冲击振动频率是磁铁(6)和弹簧(5)组成的惯性系统的固有频率的五倍到十倍。

2.如权利要求1所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述外壳(1)的封闭端加工有一个通孔，所述线圈(2)的两端均穿过所述通孔与位于外壳(1)外部的传感器信号处理电路(9)连接，传感器信号处理电路(9)与信号采集装置连接。

3.如权利要求1所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述骨架(3)与外壳(1)的封闭端接触的端面加工有一盲孔M，所述盲孔M与外壳(1)的封闭端的内端面形成一个空腔B，所述传感器信号处理电路(9)置于所述空腔B中，所述外壳(1)的封闭端加工有一个通孔，传感器信号处理电路(9)通过信号线(10)穿过外壳(1)的封闭端的通孔与外部的信号采集装置连接。

4.如权利要求1所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述外壳(1)为圆柱壳体，圆柱壳体的开口端的内圆周加工有内螺纹，底盖(4)的外圆周加工有外螺纹，所述底盖(4)与外壳(1)通过螺纹配合连接，底盖(4)上未开孔端与外壳(1)开口端的边缘处于同一平面。

5.如权利要求4所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述盲孔N的直径大于底盖(4)的所述盲孔K的直径，骨架(3)的盲孔K所在端面与底盖(4)的盲孔N所在端面相接触，形成环形台阶面；

当磁铁(6)向外壳(1)的封闭端方向运动时，接触到盲孔N的内底面到达极限位置Ⅰ，当磁铁(6)向外壳(1)的开口方运动时，接触到所述台阶面到达极限位置Ⅱ。

6.如权利要求5所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，磁铁(6)在极限位置Ⅰ时与所述线圈(2)的位置相对。

7.如权利要求1-6任意一项所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述骨架(3)的外圆周面加工有环形凹槽，所述线圈(2)安装在所述环形凹槽中。

8.如权利要求1-6任意一项所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述传感器还包括缓冲垫(8)，所述缓冲垫(8)设置在所述骨架(3)的盲孔N的内底面。

9.如权利要求1-6任意一项所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述磁铁(6)外部包裹有保护壳(7)。

10.如权利要求1-6任意一项所述一种侵彻引信用磁电传感器，其特征在于，所述外壳(1)采用导磁材料；所述底盖(4)采用导磁材料；所述骨架(3)采用非导磁材料；所述磁铁(6)采用钕铁硼N35材料。

Images