DE3025287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Sensoren werden beispielsweise in Explosivladungsträgern, im folgenden Geschosse genannt, eingesetzt.

Bei einigen Anwendungen, z. B. bei sogenannten Überflugge­ schossen, wird gefordert, daß ein Sensor die Zündung einer Explosivladung veranlaßt, wenn das Geschoß einen bestimmten Abstand vom Zielkörper hat; z. B. entwickelt das Geschoß lediglich dann eine optimale Wirkung, wenn sich Geschoß und Zielkörper nicht berühren. Bei der Abwehr von Panzern und/oder Hubschraubern wird beispielsweise außerdem gefordert, daß das Geschoß erst dann gezündet wird, wenn es eine bestimmte räum­ liche Lage zum Zielkörper hat. Bei der Abwehr von Panzern ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn sich das Geschoß, zum Zeit­ punkt der Zündung seiner Explosivladung, seitlich oder ober­ halb des Panzers befindet. Probleme insbesondere bei bodennah fliegenden Geschossen ergeben sich daraus, daß auch andere Objekte als die vorgesehenen Ziele fälschlicherweise eine Zündung auslösen können.

In der US-PS 38 89 599 wird ein Sensor beschrieben, den Ände­ rungen des das Geschoß umgebenden elektrostatischen Feldes zur Zündung einer Explosivladung veranlassen.

Aus der DE-OS 20 18 955 ist ein mit Wechselstrom betriebener Sensor bekannt, der Kapazitätsänderungen zwischen dem Sensor­ gehäuse und einem Zielkörper feststellen kann und erst beim Überschreiten einer bestimmten Kapazitätsänderung beispielswei­ se eine Zündung einer Explosivladung veranlaßt.

Aus der DE-OS 16 78 631 ist ein Annäherungszünder bekannt, der einen Oszillator mit einer frequenzbestimmenden Kapazität besitzt. Bei Annäherung an ein Ziel oder an den Erdboden erhöht sich die wirksame Kapazität, was zu einer Frequenzände­ rung führt. Schnelle Frequenzänderungen weden detektiert und daraus ein Zündsignal abgeleitet.

Ein ähnlicher Annäherungszünder mit einem Oszillator mit frequenzbestimmender Kapazität ist in der DE-OS 28 45 236 beschrieben. Frequenzänderungen werden dort durch Vergleich der Oszillatorfrequenz mit einer Referenzfrequenz zur Ablei­ tung eines Zündsignals ausgewertet.

Aus der GB-PS 12 72 061 ist ein Annäherungssensor bekannt, bei welchem von einer Wechselstromquelle über eine Sendeelektrode ein elektromagnetisches Wechselfeld abgestrahlt wird. Mittels Empfangselektrode wird das Wechselfeld empfangen und über eine Empfängerschaltung einer Auswerteschaltung zugeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzugeben, der zuverlässig und störungssicher die Annäherung an ein metallisches Ziel detektiert.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben, die Unter­ ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß metalli­ sche Objekte das elektromagnetische Wechselfeld über den gesamten Frequenzbereich annähernd gleich beeinflussen, wäh­ rend das Maß der Beeinflussung bei nichtmetallischen Objekten eine deutliche Frequenzabhängigkeit zeigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine als Sensor ausgebildete Spitze eines Geschosses mit einem ungestörten elek­ trischem Wechselfeld,

Fig. 2 die gleiche Anordnung wie Fig. 1, wobei allerdings das Wechselfeld durch einen metallischen Zielkör­ per gestört ist,

Fig. 3 eine als Blockschaltbild dargestellte Empfänger­ schaltung des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 4 eine weitere Anordnung der Empfangselektroden.

In Fig. 1 ist ein Sensor an einer kegel­ förmigen Geschoßspitze dargestellt. Auf der Oberfläche 10 sind, davon elektrisch isoliert, mindestens eine Sende­ elektrode 11 und mindestens eine Empfangselektrode 13 an­ gebracht für ein elektromagnetisches Wechselfeld 12, das von einer nicht dargestellten, im Inneren des Geschosses befindlichen Wechselstromquelle erzeugt wird. Die in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Pfeile deuten den Ver­ lauf elektrischer Feldlinien an, die bekanntlich zur Dar­ stellung von elektromagnetischen Wechselfeldern benutzt werden. Das in Fig. 1 dargestellte ungestörte Wechselfeld 12 tritt z. B. bei einem frei fliegenden Geschoß auf, das weit entfernt von irgendwelchen Gegenständen ist. Gelangt das Geschoß beispielsweise entsprechend Fig. 2 in die Nähe eines metallischen Zielkörpers 20, so wird das Wechselfeld 12 durch diesen gestört, und ein von der Empfangselektrode 13 erzeugtes elektrisches Signal ändert sich. Diese Ände­ rung wird, wie im folgenden beschrieben, zur Erkennung des Zielkörpers 20 ausgewertet.

Aus der Lehre der elektromagnetischen Strahlung ist bekannt, daß Körper verschiedener Größe und/oder verschiedener Zu­ sammensetzung, z. B. Metall oder Nichtmetall, elektromagne­ tische Strahlung unterschiedlich gut reflektieren. Wird von der Sendeelektrode 11 ein Wechselfeld 12 abgestrahlt, das lediglich durch eine einzige Frequenz gekennzeichnet ist, so kann anhand des von der Empfangselektrode 13 erzeugten Signals oft nicht mit der erforderlichen Sicherheit entschie­ den werden, ob der Zielkörper 20 beispielsweise aus einer nassen Holzfläche besteht oder aus einer im Vergleich da­ zu kleinen Metallfläche, denn beide können den gleichen Signalverlauf erzeugen. Eine derartige Entscheidung ist beispielsweise erwünscht bei sogenannten Überfluggeschossen.

Das sind Explosivladungsträger, die vielfach den Erdboden in geringer Höhe überfliegen und deren Explosivladung erst dann gezündet wird, wenn das Geschoß eine bestimmte räum­ liche Lage zu dem Zielkörper, z. B. einem Panzer erreicht hat, der im allgemeinen aus einer bestimmten Menge Metalls besteht. Erfindungsgemäß sind Zielkörper 20 unterschied­ licher Größe und/oder unterschiedlichen Materials unterscheid­ bar mit Hilfe eines Wechselfeldes 12, das aus einem Frequenz­ gemisch besteht, das durch zwei unterschiedliche Frequenzen gekennzeichnet ist, die im Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz liegen. Versuche haben ergeben, daß beispielsweise ein metallischer Zielkörper 20 das Wechselfeld 12 in gleich­ bleibender Weise stört, unabhängig von dessen zugehöriger Frequenz. Besteht dagegen der Zielkörper 20 beispielsweise aus nassem Holz, so wird das Wechselfeld 12 unterschiedlich gestört, je nach zugehöriger Frequenz. Derartige Störungen des Wecheselfeldes 12 werden beispielsweise nach einer in Fig. 3 dargestellten Schaltung ausgewertet. Die Wechselfeld­ anteile 121 bzw. 122 mit zugehöriger niedriger bzw. hoher Frequenz werden von der Empfangselektrode 13 aufgenommen und einem breitbandig arbeitenden Verstärker 30 zugeführt. Das Ausgangssignalgemisch wird nach niedrigen bzw. hohen Frequenzanteilen getrennt in nachgeschalteten Filtern 31 bzw. 32. Die derart erzeugten Wechselstromsignale werden in Gleichrichtern 311 bzw. 312 in Gleichstromsignale umge­ wandelt und einer Auswerteschaltung 33 zugeführt, die mittels logischer Verknüpfungsschaltungen die aus dem gestörten Wechselfeld 12 so gewonnenen Signale auswertet und gegebe­ nenfalls ein Signal an eine Zündvorrichtung 34 liefert, z. B. beim Auftreten eines metallischen Gegenstandes, der eine bestimmte Größe hat. Eine weitere Ausbildung des er­ findungsgemäßen Sensors besteht darin, daß die Wechsel­ stromquelle elektrisches stochastisches Rauschen erzeugt, das von der Sendeelektrode 11 abgestrahlt und in gleicher Weise wie beschrieben ausgewertet wird. Ein Vorteil eines dearti­ gen Sensors ist darin zu sehen, daß ein solchermaßen aus­ gerüstetes Geschoß von eventuell vorhandenen Abwehrmitteln unerkannt bleibt. Bei einigen Schoßarten, z. B. Überflug­ geschossen, ist erwünscht, daß eine Explosivladung erst dann gezündet wird, wenn Geschoß und Zielkörper 20 eine bestimmte räumliche Lage zueinander haben. Der Sensor soll­ te möglichst die Fähigkeit haben, die Richtung des Ziel­ körpers anzugeben bezogen beispielsweise auf die Flug­ richtung des Geschosses. Hierfür sind besondere Formgestaltungen mindestens einer Empfangselektrode 13 vorteilhaft.

So hat beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte, streifen­ förmige Empfangselektrode 13, die das Gehäuse des Geschosses ringförmig umfaßt, eine hohe Empfindlichkeit in Richtung der Längsachse des im allgemeinen zylinderförmigen Geschos­ ses. Ein mit einer derartigen Empfangselektrode ausgerüste­ ter Sensor kann beispielsweise benutzt werden zum Messen und Auswerten des Abstandes zwischen einem Geschoß und ei­ nem Zielkörper, der sich in der Flugrichtung des Geschosses befindet, die im allgemeinen mit dessen Längsachse über­ einstimmt. Außerdem unterscheidet der Sensor, wie beschrie­ ben, zwischen Metall und Nichtmetall, z. B. Holz. In Fig. 4 ist die Empfangselektrode 13 ersetzt worden durch eine das Gehäuse des Geschosses umfassende Anordnung rechteck­ förmiger Streifen 131, wobei deren Längsachsen und die Längs­ achse des Geschosses die gleiche Richtung haben. Die Strei­ fen 131 sind voneinander sowie von der Oberfläche 10 des Geschosses elektrisch isoliert auf letzterer befestigt. Jeder einzelne Streifen 131 ist an eine Empfangsschaltung gemäß Fig. 3 angeschlossen, wobei allerdings die Auswerte­ schaltung 33′ so abzuändern ist, daß die Anzahl ihrer elek­ trischen Eingänge an die Anzahl der Streifen 131 anzupassen ist. Ein derartiger Sensor mißt beispielsweise den Abstand zwischen dem Geschoß und einem von ihm überflogenen Ziel­ körper, wobei der Sensor ebenfalls zwischen metallischen und nichtmetallischen Zielkörpern unterscheidet, sowie deren Größe und räumliche Lage bezüglich der Flugrichtung des Geschosses bestimmt.

Es ist naheliegend, derartige Sensoren auch in anderen Geräten einzusetzen, z. B. in einer Sortieranlage, die me­ tallische von nichtmetallischen Gegenständen trennt.

Claims (5)

1. Kapazitiver Sensor mit einer von einer Wechselstromquelle erregten Sendeelektrode (11) zur Abstrahlung eines elektro­ magnetischen Wechselfeldes (12), mit einer Empfangselektrode (13, 131) zum Empfang des Wechselfeldes und mit einer Auswerteschaltung (33) zum Auswerten des empfangenen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestrahlte Wechselfeld Anteile von mindestens zwei verschiedenen Frequenzen im Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz ent­ hält und da mittels Filtern (31, 32) aus dem von der Empfangselektrode aufgenommenen Empfangssignal höherfre­ quente und niederfrequente Signalanteile ausgefiltert und getrennt der Auswerteschaltung (33) zugeführt sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle stochastisches Rauschen erzeugt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangselektrode (11, 13) als ein Gehäuse umfassende metallische Streifen ausgebildet sind, derart, daß die Streifen elektrisch isoliert auf der Oberfläche (10) angeordnet sind.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangselektroden (131) als rechteckförmige Streifen ausgebildet und voneinander sowie von der Oberfläche eines Gehäuses elektrisch isoliert auf dieser befestigt sind, derart, daß die Längsrichtungen der Streifen sowie eine Symmetrieachse des Gehäuses im wesent­ lichen parallel zueinander verlaufen.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Ausgang der Auswerte­ schaltung mit einer Anordnung zum Zünden von Explosivla­ dungen verbunden ist.