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Schaltungsanordnung für einen op-tischen Bodenabstandszünder Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen optischen Bodenabstandszünder,
bei dem der Sprengstoffträger mit einem aus Sender und Empfänger bestehenden Strahlungs-Reflexions-Abstandsmesser
ausgerustet ist.
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Bodenabstands7:ffjder dienen zur Erhöhung der Sprengwirkung von Geschossen
und Flugkörpern gegen Bodenziele. Der Zündzeitpunkt wird durch eine Messung des
Abstandes zwischen Sprengstoffladung und Ziel vermittelt, wobei der optimale Abstand
von der jeweiligen Xombination Sprengstoffladung - Ziel abhängt und in weiten Grenzen
variieren kann. Bei optischen Bodenabstandszündern ist es grundsatzlich ohne Bedeutung,
ob die Wellenlänge des Lichts im sichtbaren Spektralbereich liegt oder beispielsweise
im nehmen Ultrarot.
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Die einfachste Methode zur Abstandsmessung mit Lichtstrahlung beruht
auf der Messung der Intensität des vom Ziel remittierten Lichtes, deren Abhängigkeit
vom Zielabstand durch eine Potenz= funktion gegeben ist. Dabei sendet eine Lichtquelle
an der Spitze eines Geschosses Licht aus, das am Ziel vorwiegend diffus gestreut
wird und zu einem kleinen Teil von einem ebenfalls in der Geschoßspitze befindlichen
Detektor aufgefangen wird. Zur Vermeidung von Störungen durch Fremdlicht wird das
Sendelicht amplitudenmoduliert. Die dem Detektor nachgeschaltete Elektronik kann
auf diese Weise das Nutzsignal selektiv verstärken. überschreitet das Nutzsignal
einen Schwellwert, so gibt die Elektronik einen Zündimpuls ab. Dabei werden nur
solche Signale ausgewertet, deren zeitlicher Verlauf dem bei der Annäherung des
Geschosses auftretenden Verlauf entspricht.
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Mit einer solchen Abstandsmessung sind nur relativ geringe Reichweiten
von einigen Dezimetern erreichbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei dem eingangs genannten Bodenabstandszünder
die Reichweite bzw. Auslösehöhe zu vergrößern und die Sicherheit der Zündung zu
erhöhen Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß aus pulsförmigen Sendesignalen eine
Taktung der Empfangsimpulse abgeleitet und das Integrationsprodukt einer gewünschten
Anzahl dieser Impulse einer einstellbaren den Zündimpuls liefernden Auswertestufe
zugeleitet ist. Dadurch können die in der Praxis geforderten Mindest-Auslösehöhen
von einigen Metern selbst unter ungünstigsten Remissionsvermögen
der
Ziele ohne weiteres erreicht werden. Ferner ist eine hohe Immunität gegen Fremd-
und Störlicht gegeben.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar.
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Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild, Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild
der Spannungsversorgung, Fig. 3 die Sendestufen mit Sample-Ansteuerung, Fig. 4 den
Empfängerverstärker, Fig. .5 die Sample-Hold-Stufe mit Verstärker und Fig. 6 die
Auswertestufe.
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Als Lichtquelle dient ein IR-Halbleiter-Laser, der von einer Sendestufe
ST angesteuert wird. Der Sendewinkel der Laserdiode SD ist so klein, daß sich eine
Sendeoptik erübrigen kann.
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Die für den Betrieb der Laser-Diode SD benötigte Spannung wird von
einem Gleichspannungswandler ESW geliefert, der über eine Schutzdiode Di (Fig.2)
von einer Batterie BAT der Spannungsversorgung SBV gespeist wird.
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Das vom Ziel remittierte Licht fällt innerhalb eines entsprechenden
Empfangswinkels über einen Hohlspiegel auf eine Empfangsdiode ED (Si - Photodiode),
deren Ausgangssignal über einen Vorverstärker W auf eine sogenannte Sample/Hold-Stufe
SHS gelangt, die im Takt der Sende-Impulse durch eine Sample-Ansteuerungsstufe SAS
aufgetastet wird. Hierdurch werden Signalanteile -unterdrückt, die nicht vom Sendelicht
stammen, und das Signal-Störspaamungs-Verhältnis verbessert.
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Der Pegel des so aufbereiteten Empfangssignaies wird durch einen Verstärker
AMF weiter angehoben und in einer Auswerteschaltungsstufe ÄWS nach seiner Amplitude
und zeitlichen Dauer bewertet.
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Der Frequenzgang des gesamten Empfängers ist so ausgelegt, daß nur
ein Empfangssignal mit einer Mindest-Änderungsrate über mehrere Sendezyklen hinweg
zur Abgabe eines Zündimpulses Z führt.
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Zur Spannungsversorgung liefert nach Fig. 2 die Batterie BAT über
die Schutzdiode D1 direkt die Primär-Spannung V für den Gleichspannungswandler GSW,
der die Sendestufe ST versorgt, sowie die Spannung für die Sample-Impuls-Ansteuerungsstufe
SHS.
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Der Empfangsteil erhält mittels eines Transistors T1 und Diode D2,
D3 bzw. D4, D5 stabilisierte Betriebsspannungen V1 und V2, die für die Empfangsdiode
ED und den Vorverstärker VV noch einmal gesiebt sind.
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Der Gleichspannungswandler liefert eine Gleichspannung an U2.
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Am Ausgang U1 liegen über die Diode D6 Rechteckimpulse; Transistor
T2, Kondensator C2 und Widerstände R3 und R4 dienen dazu, das Anschwingverhalten
der Schaltung zu verbessern. Transistoren T3 und T4 arbeiten als elektronische Schalter
und erzeugen im Transformator TRl Rechteckimpulse, die durch Wicklung L5 auf die
gewünschte Wechselspannungsamplitude transformiert werden.
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Bei der Sende stufe nach Fig. 3 bilden die Transistoren T6 und T7
zusammen eine Thyristortetrode. Wird die Spannung am Emitter von Transistor T6 größer
als seine Basisspannung zuzüglich der Emitter-Basis-Sparmung, so schaltet die Tetrode,
da sie durch Transistor T7 mitgekoppelt wird, schnell durch.
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Bei Anlegen der Versorgungsspannung Ul liegt an der Basis von Transistor
T6 etwa die Spannung U2. Kondensator C7 wird über Widerstand R9, R10 und Transistor
T5, der im geöffneten Zustand ist, aufgeladen. Der Kondensator C7 wird nur während
der positiven Rechteckimpulse aufgeladen. Da die Basis von Transistor T6 laufend
negative Impulse von dem Gleichspannungswandler (silber Sy) erhält, zündet die Tetrode
erst, wenn einerseits der Kondensator C7 weit genug aufgeladen ist, und andererseits
der negative Impuls des Gleichspannungswandlers an der Basis von T6 steht. Dadurch
wird die Sendefrequenz derart synchronisiert, daß die Wandlerfrequenz immer ein
ganzzahliges Vielfaches der Sendefrequenz beträgt. Bei Zündung der Tetrode wird
ein Impuls hoher Stromstärke mit geringer Halbwertebreite aus dem Kondensator C7
durch die Sendediode SD, die in Durchlaßrichtung gepolt ist, geschickt.
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Widerstand R9 muß so hochohmig sein, daß der Haltestrom der Tetrode
nicht überschritten wird. Kondensator C7 kann keinen kleineren Wert haben, da sonst
die gespeicherte Energie kleiner ist, womit die Versorgungsspannung höher sein müßte.
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Nach der Entladung von Kondensator C7 wird die Tetrode wieder gesperrt
und ein neuer Zyklus beginnt. Am Ausgang S wird der Sample-Impuls für den Empfangsteil
abgenommen. Dazu dient direkt der Sendeimpuls, der durch Transis-torT8 entkoppelt
und mit Kondensator C9 der Verzögerung des Empfangssignals angepaßt wird.
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Die Empfangsdiode ED des Empfängers nach Fig. 4 arbeitet in
Sperrichtung.
Sie empfängt das vom Ziel remittierte oder auch reflektierte Signal. Der Operationsverstärker
IC7 ist als Wechselspannungselektrometerverstärker geschaltet. Dadurch ist die Gleichspannungsverstärkung
gleich Eins und damit die Mittenspannung am Ausgang sehr stabil. Durch die Beschaltung
mit den RC-Gliedern CIO/R18 und C11/R19 wird außerdem bewirkt, daß nur hohe Frequenzen
übertragen werden. Für diese ist die Verstärkung ca. das Verhältnis von R20 zu R19.
Da der Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers ICI relativ hoch ist, wird er
durch den Emitterfolger-Transistor T9 und die Gegentaktendstu£e-Transistoren TIO
und Til auf die für die Ansteuerung der Sample/Hold-Schaltungsstufe 5115 notwendige
Impedanz herabgesetzt. Durch eine Zenerdiode D17 wird die Mittenspannung an den
Basen von Transistoren TIO und T11 und damit- an Al auf einen möglichst hohen Wert
eingestellt, da dies für den Transistor T12 (FET) der SS (Fig. 5) erforderlich ist.
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Die Steuerelektrode (gate) des Transistors T12 liegt normalerweise
über Widerstand R26 und Diode D18 am Null-Potential. Damit ist Transistor T12 gesperrt.
Bei jedem Sendeimpuls wird der Ausgang S der Sample-Ansteuerstufe SAS auf Plus-Potential
angehoben und der Transistor T12 für die Dauer des Sendeimpulses geöffnet.
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Dadurch wird Kondensator C14 von dem Signal an Al aufgeladen, hält
das Signal bis zur nächsten Sample-Zeit und wird dann auf den neuen Wert an Al umgeladen.
Die Spannung am Kondensator C76 wird über einen Transistor T13 (FET) abgenommen.
Man erhält demnach am Ausgang H als Integrationsprodukt eine Gleichspannung, die
sich im Takt der Sendefrequenz ändern kann.
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Der Operationsverstärker IC2 arbeitet ebenfalls als Wechselspannungselektrometerverstärker,
wodurch seine Ausgangsspannung im Ruhezustand sehr stabil ist. Exemplarstreuungen
sowie langsame Änderungen, z.B. durch Erwärmung oder Abkühlung in dem vorhergehenden
Schaltungsteil, wirken sich auf den Ausgang pegel nicht aus. Da das Geschoß eine
relativ hohe Geschwindigkeit hat, brauchen nur Änderungen, die mit dieser Geschwindigkeit
erfolgen, erfaßt zu werden.
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Der Verstärker IC2 hat etwa die gleiche Verstärkung wie der Verstärker
ICI. Diode D19 verhindert, daß beim Einschalten eine Zündung erfolgt.
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Im Ernstfall sollen nur solche Signaländerungen erfaßt werden, die
hohen Geschoßgeschwindigkeiten entsprechen.
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Bei der Auswerteschaltungsstufe nach Fig. 6 wird das an A2 stehende
Signal auf einen Operationsverstärker IC3 gegeben, und im Ruhezustand ist der Ausgang
6 des Operationsverstärkers 1C3 auf Plus-Potential. Mit dem Potentiometer R32 wird
die Schaltschwelle dieses Operationsverstärkers IC3 eingestellt. Wird das Signal
an A2 negativer als die Spannung am negierenden Eingang 2 des Operationsverstärkers,
so geht sein Ausgang auf Null-Potential. Damit wird Kondensator C19 über Widerstand
R34 entladen. Kondensator C19 und Widerstand R54 sind so bemessen, daß die Verstärkerstufe
IC4, welche als Schmitt-Trigger arbeitet, erst nach Auswertung mehrerer Empfangs
impulse schaltet. Dadurch ht gewEzrleistet, daß Störimpulse nicht zur Auslösung
führen.
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Patentansprüche