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Vorrichtung zum Wahrnehmen von Mündungsfeuer ===============================
nie BrSindung betrifft einen Detektor zum Wahrnehmen von HUndungsfeuer, der diene
Mündungsfeuer in seinem Gesichtsfeld von anderen Arten von Strahlungen aus der Umgebung
oder dem hintergrund unterscheiden kann0 Ein Problem, das mit Jedem System gekoppelt
ist, welches zum Suohen oder Identifizieren bestimmter Objekte oder von Vorgängen
in einem Gesichtsfeld verwendet wird, besteht darin, das Ziel von anderen unwesentlichen
Gegenständen zu unterscheiden oder zu diskriminieren, die in dem Geischtsfeld zusammen
mit dem Zielgegenstand erscheinen. Das Problem
wird durch den Abstand
des Zielgegenstandes von der Vorrichtung, die den bestimmten Zielgegenstand wahrnehmen
oder orten soll, kompliziert. Im Falle von Mündungsfeuer muß der Detektor allgemein
Uber weite Bereiche bewegt werden, um die Richtung des mündungsfeuers wahrzunehmen
und zu orten, und in vielen Fällen besteht die beste Möglichkeit darin, den Detektor
an Bord eines Flugzeugs zu nehmen.
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Die Beweglichkeit der Vorrichtung flir die Wahrnehmung von Vorgängen
wie Mündungsfeuer vergrößert die Schwierigkeit, das Mündungsfeuer von dem Hintergrund
zu untersxcheiden sowie die wirtschaftliche Rrauchbarkeit der verwendeten Vorrichtung.
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Die Erfindung bezweckt deshalb einen Mündungsfeuerdetektor, der bei
hoher Empfindlichkeit ohne die Gefahr abnormal hoher Fehlalarme betrieben werden
kann. Die Erfindung bezweckt weiter ein Ortungsgerät für Mündungsfeuer mit hoher
Zuverlässigkeit, das wirtschaftlich betrieben, leicht ge wartet, beweglich ist und
die Hintergrundstrahlung wirksam eliminiert.
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Ein erfindungegemäßer NUndungsfeuerdetektor hat eine einfache optische
Einrichtung, um die Strahlung in dem Gerichtet feld, die eine Mündungsfeuerstrahlung
enthalten kann. su
einem Infrarotdetektor zu leiten. Der Ausgang
des Infrarotdetektors liegt an einem ersten und einem zweiten Kanal einer elektronischen
Auswertung8 schaltung, Der erste Kanal erzeugt einen Impuls mit einer Impulsbreite,
die durch da Intergral der Mündungsfeuerstrahlung, die mit dem Mündungsfeuersignal
verglichen wird, gesteuert wird. Der zweite Kanal erzeugt einen verzögerten Signalimpuls,
wenn das Mündungsfeuersignal eine vorbestimmte Amplitude erreicht. Der ImpuLs mit
der gesteuerten Impulebreite des ersten Signales wird mit dem vergrößerten Impuls
des zweiten Signals verglichen und ein Auagang wird erhalten, wenn der Impuls mit
gesteuerter Breite während des Intervalls oder der Zeitspanne des verzögerten Impulses
endigt, wodurch eine Alarmvorrichtung in Betrieb gesetzt wird0 Anhand der Figuren
wird die Erfindung beispielsweise erldutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Mündungsfeuerdetektors
nach dieser Erfindung teilweise im Schnitt0 Fig. 2 seigt ein elektrisches Blockschaltschema
des MEndungsfeuerdetektors nach dieser Erfindung, und Fig. 3 reigt mehrere Wellenformen,
die fUr die Erläuterung
des schematischen Blockschaltschemas nach
Fig. 2 dienen.
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Das nachfolgend beschriebene System ist zwar für die Wahrnehmung vieler
Arten von Mündungsfeuern geeignet, die z.B. von einem Pistolenschuß bis zu einem
Kannonenschuß ausgelöst werden. Die Erfindung wird jedoch anhand einer bei sonderen
Art von Feuerwaffen, d.h. anhand von Handfeuerwaffen oder kleinen Feuerwaffen beschrieben.
Eine Charakteristik, die die Erfindung ausnützt, ist die Tatsache, daß Mündungsfeuer
bei einer schwarzen Körpertemperatur von 1000°K strahlt und dadurch eine maximale
Strahlung in dem Bereich des Infraroten von 1,2 - 1,7 Mikron erzeugen.
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Ee können zwar eine Anzahl von optischen Einrichtungen gemäß der Erfindung
angewandt werden, eine bevorzugte Ausftihrungsform ist jedoch in Fig.1 dargestellt.
Der Mündungsfeuerdetektor nach dieser Erfindung ist in einem Gehäuse 10 eingeschlossen,
das eine Öffnung ts hat. Eine einfache Linse 12 ist hinter der Eingangsöffnung 11
einen sphäriachen, eine Gesiohtsfeldblende 16 an seiner Vorderseite aufweieenden
spiegels 14 angeordnet, der die Eingangsöffnung 11 auf einen Detektor 18 abbildet.
Bs ist wichtig daß bei dem optischen System nach der Erfindung der sphärische Spiegel
14 die Eingangsöffnung 11 auf dem Detektor 18 abbildet.
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Es ist Systemen, die die Stene auf den Detektor abbilden, eigen, daß
sie falsche Alarme erzeugen, die durch die Abbildung von bellen Strahlenquellen
bedingt sind, die sioh quer zu dem Detektor bewegen und Unterechiede zwischen Flächen
größerer und kleinerer Empfindlichkeit des Detektors hervorrufen. Eine solche Bewegung
findet loser statt, wenn der Detektor in sich bewegenden Fahrzeugen wie z.B. in
einem Plugseug angeordnet ist. Die Linse 12 hat vorzugsweise in geringes Auflösungsvermögen.
Eine Linse sit hohem Auflösungsvermögen würde zöB. die Verzerrung an den Gesichtsfeldrändern
verringern und könnte sehr scharfe Gesichtsfeldränder ergeben. Ohne eine bestimmte
Verzerrung jedoch würde eine helle Punktquelle, die in das Gesichtsfeld eintritt
oder dieses verläßt, einen momentanen Strahlungsimpuls erzeugen, wodurch die Wahrscheinlichkeit
der Auslösung eines falschen Alarmes etwas vergrößert werden wUrde.
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Wenn mehrere Einheiten oder Einrichtungen verwendet werden, wie es
gemäß dieser Erfindung beabsichtigt ist, würde jedoch eine zu starke VErzerrung
eine unerwünschte Überlappung von benachbarten Detektorgesichtsfeldern ergeben.
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Die schwache Linse 12 macht eine vorsetzlich gesteuerte Kantenverzerrung
möglich, die ausreicht, un Modulationswirkungen, die durch die Öffnung bedingt sind,
su unterdrükkein, jedoch ist die Verzerrung bei weitem nioht so weit,
daß
eine Überlappung der Gesichtsfelder sich störend auswirkt. Das optische System nach
der Erfindung hat deshalb eine einfache Glaslinse, die die Szene auf einen festen
sphärischen Spiegel 14 abbildet, wobei die Gesichtsfeld-.blende 16 vor dem Spiegel
14 etwa den Rand des Gesichtsfeldes festlegt. Die Krüummung des Spiegels 14 bewirkt
eine optische Verstärkung und eine Verringerung der erforderlichen Detektorgröße.
Das optische System ermöglicht eine Abbildungswinkel von bis zu 30°.
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Es können zwar die verschiedensten Infrarotdetektoren in dem Mündungsfeuerdetektor
verwendet werden, jedoch wird Bleisulfid fUr die dargestellte Ausführungsform, die
fUr die Wahrnehmung von Handfeuerwaffen geeignet ißt, bevorzugt.
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Bleieuliid hat eine gute Empfindlichkeit in dem su messenden infraroten
Bereich mit einer Spitzenempfindlichkeit bei 2,7 Mikron. Das Nundungsfeuer einer
Schußwaffe strahlt etwa wie ein schwarzer Körper mit 1000°C. Eine solche Strahlungsquelle
strahlt 25% ihrer Energie unter 2,8 Mikron (kürzere Wellenlängen) und weniger als
4% ihrer Energie unter 1,8 Mikron (kürzere Wellenlängen) ab.
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Der Ausgang des Detektors 18 wird su einer elektronischen
Schaltung
15 geleitet Der Detektor 18 und die etektronischen Elemente 15 bewirken den Empfang
der Strahlung, di.
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Umwandlung derselben in ein elektrisches signal, die Verstärkung und
den Vergleich des Signals mit einer torweggenommenen Impulscharakteristik. Das Nündungsfeuer
wird von anderen hellen Infrarot quellen in dem Gesichtsfeld durch seinen zeitlichen
Ablauf und seine Impulsform unterschieden. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit
dem Blockschaltschema nach Fig. 2, das die elektronische Schaltung darstellt, erläutert.
Die Strahlung von dei Gesichtsfeld fällt auf den Detektor 18, der in Abhängigkeit
davon Signale erseugt, die in einem Vorverstärker 20 verstärkt werden. Die Signale
von dem Vorverstärker 20 werden zu elektronischen Kanälen 22 und 32 geleitet. Angenommen
daß ein Mündungsfeuer in dem Gesichtsfeld des Detektors vorhanden ist, dann wird
ein Signal mit einer typischen Wellenform, das durch die Kurve 44 in Zig. 3 wiedergegeben
wird, in die elektronischen Kanäle 22 und 32 eingespeist. Das Signal 44 wird in
dem elektronischen Kanal 22 durch ein Schwächungsglied oder einen Spannungsteiler
24 zu einem nicht invertierenden Bingang eines Komparators 30 geleitet, der ein
üblicher Reohonverstärker oder Funktionsverstärker ißt. Gleichzeitig wird das Signal
44 durch eine integrierende Schaltung integriert, die aue dem Widerstand 26 und
dem Kondensator 28
besteht. Das integrierte Signal ist als Kurve
46 in Fig. 3 dargestellt. Das integrierte Signal 46 wird zu dem invertierenden Eingang
des Komparators 3Q geleitet und am Ausgang des Komparatore 30 ergibt sioh ein Signal,
das durch die Kurve 48 in Fig. 3 wiedergegeben wird. Me Ausgangswellenform 48 ist
ein Impuls, dessen Breite T2 - T1 konstant und unabhängig von der Signalamplitude
ist. Die integrierte Wellenform 46 des Strahlungssingnals 44 wird als Verglei¢hsschwellenwert
verwendet, um eine charakteristische Periode T1 - T2 zu erhalten. T2 ist der Zeitpunkt,
an dem das Strahlungssignal unter dessen Zeitintegral abfällt (. Pigur 2). Das so
definierte charakteriettsche Intervall ist unabhängig von der Signalamplttude und
deshalb unabhängig von dem Bereich oder der Dunkelzone zwischen dem Detektor und
dem Schußwaffenfeuer. Um dieses charakteristische Intervall wahrzunehmen, wird daß
Strahlungssignal auch zu des zweiten elektronischen Kanal 32 zu einer Schwelle 34,.
einem Verzögerungsmultivibrator 36 und zu einem Torimpulsgenerator 38 geleitet.
Die Schwelle 34 wird auf eine vorbestimmte Amplitude eingestellt, die von dem Rauschpegel
des Vorverstärkere 20 abhängt und normalerweise wird sie auf das Fünffache der Amplitude
der Rauschamplitude eingestellt. Die minimale Schwelle wUrde die Einstellung auf
einen Wert gerade Uberhaib des Rauschpegels erfordern. Wenn die Schwelle
34
überschritten wird, wird der Verzögeerungsmultivibrator 36 erregt, der wiederum
den Torimpulsgenerator 38 triggert, so daß ein verzögerter Torimpuis erseugt wird,
der durch die Kurve 50 in Fig. 3 wiedergegeben wird. Die Signale 48 und 50 werden
zu einer UND-Schaltung (AND gate) 40 geleitet und wenn der steile Abfall des Signals
48 zur Zeit T2 in der Verzögerungstorsohaltung 50 erscheint, wird ein Alarm 42 gegeben.
Die UND-Schaltung 40 bestimmt daher, ob die Überkreuzungszeit des Strahlungssignals
44 und des integrierten signals 46 der Strahlung sich zum richtigen Zeitpunkt treffen.
Wenn dies der Fall ist, wird ein Impuls erzeugt, der den Alarm oder die Anzeige
42 auslöst.
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Die Charakteristiken der verschiedenen Schaltungselemente können zwar
in Abhängigkeit von der Art der Mündungsfeuer, die wahrgenommen werden soll, modifiziert
werden, bei einem Ausführungsbeispiel für Handfeuerwaffen können in dem Schwellenkreis
und in dem Komparatorkreis eine µA709 Schaltung verwendet werden. Der Verzögerungsmultivibrator,
der Torimpulsgenerator und die UND-Schaltung können eine 914-8chaltung aufweisen,
wovon alle integrierte Schaltungen sind, und der Vorverstärker 20 kann eine DP5
mit einer DP6 in Kaokadenschaltung, und der integrierende Kreis kann ein. Zeitkonstante
von 5 Millisekunden haben Gemäß diesör Erfindung können eine Vielzahl von MUndungJ-feuerdetektoreinheiten
zu
Gruppen zusammengefaßt werden, um ein großes Gesichtsfeld zu erfassen, z.B. eine
ganze Hemisphäre und eine alarmeinrichtung 42 kann sowohl hUrbar als auch sichtbar
den Mündungsfeuerdetektor anseigen, der aktiviert worden ist.
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Der Mündungsfeuerdetektor naoh dieser Erfindung ist einfach, robust
und zuverlässig. Er kann in Fahrzeugen und Flugzeugen angeordnet werden, wobei eine
Vielzahl solcher Einheiten gewährleisten, einen gewünschten Bereich zu erfas sen.