DE3429943A1

DE3429943A1 - Verfahren zum messen des abstandes zwischen ziel und geschoss und annaeherungszuender zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3429943A1
Application number: DE19843429943
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.El.Ing. ETH Klingnau Münzel
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1984-08-14
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE3429943C2; CH663464A5

Description

Verfahren zum Messen des Abstandes zwischen Ziel und Geschoss und

Annäherungszünder zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Abstandes zwischen Ziel und Geschoss mit einem Annäherungszünder enthaltend einen Sender und einen Empfänger, auf welchen der vom Sender ausgesandte, im Ziel reflektierte Strahl bei gewünschtem Zielabstand auftrifft, mit Mitteln um Störeinflüsse durch Streulicht etc. auszuschalten und mit einem Schwellenwertschalter zum Auslösen der Zündung sobald der auf den Empfänger auftreffende Strahl einen Schwellenwert erreicht hat.

Als Sender kann eine Sendediode oder sonst Lichtemitter und als Empfänger kann eine Empfängerdiode oder sonst ein Sensor verwendet werden. Unter Störeinfluss ist z.B. Sonnenlicht zu verstehen, das auf den Empfänger auftrifft.

Es sind verschiedene optische oder optoelektronische Abstands- oder Annäherungszünder oder -sensoren dieser Art bekannt, mit verschiedenen Verfahren und Mitteln zur Ausschaltung von Störeinflüssen um Fehler, Ungenauigkeiten und Versagen der Abstandsmessung zu vermeiden.

In der deutschen Patentschrift Nr. 29 49 521 ist ein solcher optischer Abstandszünder beschrieben, mit einem Empfänger, der an zwei Kanälen angeschlossen ist, wobei der erste Kanal unmittelbar vor dem Sendeimpuls das Streulicht aufnimmt und in einem nachfolgenden, ersten Analogspeicher speichert und wobei der zweite Kanal synchron mit dem Sendeimpuls die Summe aus reflektiertem Sendeimpuls und Streulicht empfängt und in einem nachgeschalteten zweiten Analogspeicher speichert. Die beiden Speicher sind an einen Subtrahierer angeschlossen. Bei Erreichen eines Schwellenwertes im Subtrahierer wird

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der Zündkreis geschlossen.

In der deutschen Patentschrift Nr. 26 08 066 ist ein optischer Abstandssensor für Geschosszünder beschrieben, mit einem Empfänger, der eine Torschaltung und einen Hochpass aufweist, dessen Grenzfrequenz wenig unterhalb der Sendeimpulsfolgefrequenz liegt. An die Torschaltung ist ein Kondensator angeschlossen, der positive und negative Signalelemente entsprechend ihrem Vorzeichen summiert .

Die Rauschanteile mitteln sich aus und der Kondensator wird nur von Sendeimpulsen geladen. Sobald die Ladung des Kondensators eine gewisse Höhe erreicht hat, spricht ein Schwellenwertschalter an, der das Auslösesignal erzeugt.

In der deutschen Patentschrift Nr. 24 56 162 ist ein Geschosszünder mit einer optoelektronischen Messeinrichtung beschrieben, die einen Empfänger aufweist. Dieser Empfänger ist über einen Verstärker an einen Bandfilter angeschlossen, der nur das Licht des Senders durchlässt. Streulicht und Rauschen, d.h. Licht mit langen Lichtimpulsen wird ausgefiltert.

Die erwähnten bekannten Verfahren, bei denen Streulicht ohne Sendeimpulse und Streulicht mit Sendeimpulsen separat gespeichert werden, oder die Signalelemente entsprechend ihrem Vorzeichen summiert werden, oder nur das Licht des Senders durchgelassen wird, sind entweder sehr aufwendig und teuer oder zu ungenau und genügen daher den Anforderungen an die Zuverlässigkeit nicht mehr.

Die Aufgabe, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Schaffung eines Annäherungszünders, der mit wenig Bauteilen zuverlässig arbeitet, d.h. Streulicht und Störsignale sicher erkennt und eliminiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Abstandsmessung in folgenden vier Phasen erfolgt:

a) vollständiges Entladen eines Speicherkondensators,

b) Aufladen des Spexcherkondensators bei eingeschaltetem Sender mit dem durch den einfallenden Strahl und das Streulicht im Empfänger erzeugten Strom,

c) Entladen des Speicherkondensators bei ausgeschaltetem Sender mit dem durch das Streulicht im Empfänger erzeugten Strom,

d) Vergleichen der im Speicherkondensator übriggebliebenen Ladung mit dem Schwellenwert und Zünden des Geschosses bei Erreichen des Schwellenwertes.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Annäherungszünders ist anhand der beigefügten Zeichnung im folgenden ausführlich beschrieben. Es zeigt:

Fig.l einen Längsschnitt durch die Spitze eines Annäherungszünders ,
Fig.2-5 eine schematische Darstellung eines Umschalters

in vier verschiedenen Phasen, Fig.6 ein Blockschaltbild des Annäherungszünders.

Gemäss Fig.l weist der Annäherungszünder oder Abstandszünder in seiner Spitze eine Hülse 10 auf, mit einem Boden 11. Auf diesem Boden 11 ist eine Isolierplatte 12 mit Hilfe von 2 Nieten 13 befestigt. Auf dieser Isolierplatte 12 ist einerseits eine Sendediode 14 und eine Empfangsdiode 15 befestigt. Diese beiden Dioden werden auch einfach als Sender und Empfänger bezeichnet. Als Sender eignet sich ausser einer Diode jedes Element, das entweder einen sichtbaren Lichtstrahl oder einen unsichtbaren Strahl aussendet, der vom Ziel reflektiert werden und vom Empfänger erkannt werden kann. Vor dem Empfänger 15 ist ein Infrarot-Filter 16 und eine optische Linse 17 angeordnet. Vor dem Sender 14 befindet sich ebenfalls eine optische

Linse 18. Zwischen Sender 14 und Empfänger 15 befindet sich ein Elektronikteil 19. Dieser Elektronikteil wird von einer Batterie 20 gespiesen, die sich hinter dem Boden 11 in der Hülse 10 befindet. Der Aufbau des Elektronikteiles 19 ist aus dem Blockschaltbild Fig.6 ersichtlich und der Aufbau einer einzelnen Baugruppe dieses Elektronikteiles ist aus Fig.2-5 ersichtlich.

Vor dem Zünder ist in Fig.l ,das Ziel z.B. eine Panzerplatte 21 in drei verschieden Abständen durch drei Linien 21a, 21b und 21c angedeutet. Ferner sind die ausgesandten Lichtstrahlen 22a, 22b und 22c sowie die reflektierten Lichtstrahlen 23a, 23b und 23c eingezeichnet. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, wandert der reflektierte Lichtstrahl 23a, b und c von innen nach aussen über den Empfänger 15 hinweg, wenn sich das Geschoss dem Ziel nähert, wobei der Lichtstrahl 23b mitten auf den Empfänger 15 auftrifft, während der Lichtstrahl 23a zu weit innen und der Lichtstrahl 23c zu weit aussen auf den Empfänger auftrifft. Dieser Vorgang ist bekannt und ist daher hier nicht näher zu erläutern.

Der auf den Empfänger, d.h. die Empfängerdiode 15 auftreffende, vom Ziel reflektierte Lichtstrahl 23a, b und c erzeugt einen Strom ID und das übrige, unerwünschte Streulicht, z.B. das von der Sonne auf den Empfänger auftreffende Licht erzeugt einen zusätzlichen Strom IS. Um den Abstand des Zünders vom Ziel exakt messen zu können ist es wichtig, die beiden Ströme ID und IS genau zu unterscheiden. Diese Unterscheidung ermöglicht der anhand der Fig.2-5 dargestellte und beschriebene Umschalter Dieser Umschalter 24 weist vier Schalter Sl, S2, S3 und S4 auf, welche direkt an einen Kondensator C2 angeschlossen sind. Mit Hilfe der Schalter Sl und S2 kann der Kondensator C2 an die Stromquelle IS oder ID, d.h. an die Empfängerdiode 15 (Fig.l) angeschlossen werden. Mit Hilfe der Schalter S3 und S4 kann der Kondensator C2 an die Er dung UD angeschlossen und vollständig entladen werden.

Der Umschalter 24 besitzt ferner einen Verstärker V26, der mit seinem einen Eingang einerseits über einen Schalter S5 mit dem Kondensator C2 und anderseits über einen Schalter S6 mit der Erdung UD verbunden werden kann. Der andere Eingang und der Ausgang des Verstärkers V26 sind über einen Widerstand R4 miteinander verbunden. Ausserdem ist der andere Eingang des Verstärkers V26 über einen Widerstand R5 geerdet.

In einer ersten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 und der Verstärker V26 gemäss Fig.2 entladen bzw. geerdet. Die Schalter S3, S4 und S6 sind geschlossen, die übrigen Schalter Sl, S2 und S4 sind offen.

In einer zweiten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 gemäss Fig.3 durch die Ströme ID und IS aufgeladen. In dieser Phase ist somit der Sender 14 eingeschaltet und refelektiertes Licht als auch Streulicht, z.B. von der Sonne, treffen auf den Empfänger 15 auf. Die Schalter Sl, S4 und S6 sind geschlossen, die Schalter S2, S3 und S5 sind offen.

In der dritten Phase der Abstandsmessung wird der Kondensator C2 gemäss Fig.4 durch den Strom IS teilweise entladen. In dieser Phase ist somit der Sender 14 ausgeschaltet und nur das Streulicht, z.B. von der Sonne, trifft auf den Empfänger 15 auf. Zum Entladen des Kondensators C2 sind die Schalter S2 und S3 geschlossen und auch der Verstärker V26 ist geerdet, da Schalter S6 geschlossen ist.

In der vierten Phase der Abstandsmessung wird gemäss Fig.5 der Kondensator C2 an den Verstärker V26 angeschlossen um die restliche Ladung zu messen, d.h. die Ladung, die ausschliesslich vom Sender 14 kommt. In dieser Phase sind nur die beiden Schalter S4 und S5 geschlossen und die übrigen Schalter Sl, S2, S3 und S6 sind

offen. Falls diese Ladung einen Schwellenwert erreicht, erfolgt die Zündung wie weiter unten noch beschrieben ist.

Die Stellung der verschiedenen Schalter Sl - S6 in Funktion der einzelnen Phasen ergibt sich auch aus der folgenden Tabelle in welche der offene Schalter mit 0 und der geschlossene Schalter mit Z bezeichnet ist.

Phasen Sl S2 S3 S4 S5 S6

I	0	0	Z	ISl	0	Z
II	Z	0	0	Z	0	Z
III	0	ISl	Z	0	0	Z
IV	0	0	0	Z	Z	0
I	0	0	Z	Z	0	Z

Für diese Schalter Sl - S6 werden vorzugsweise Transistoren verwendet.

Der anhand der Fig.2-5 beschriebene Umschalter 24 ist gemäss Fig.6 einerseits über einen Stromverstärker 25 an den Empfänger 15 angeschlossen und andererseits über einen Verstärker 26 an einen Schwellenwertkomparator 27. Der durch den Empfänger 15 beim Auftreffen eines Strahles erzeugte Strom ID und IS wird somit verstärkt, bevor er zum Umschalter 24 gelangt. Die im Kondensator C2 des Umschalters 24 gespeicherte Ladung wird nochmals verstärkt bevor sie im Schwellenwert-Komparator 27 verglichen wird. Sobald diese Ladung den Schwellenwert erreicht, erfolgt die Zündung eines an den Kondensator C2 angeschlossenen Zünders 28. Zum Oeffnen und Schliessen der Schalter Sl S6 ist eine Ansteuerung 29 an den Umschalter 24 angeschlossen. Diese Ansteuerung 29 ist mit dem Sender 14 verbunden, da der Sender 14 nur in der zweiten Phase

■ ' φ■ ' -'

Λ .

eingeschaltet ist. Im Hinblick auf die Sicherheit ist die Ansteuerung 29 mit einem Armierungszähler 30 verbunden und zur Einhaltung der vier Phasen ist die Ansteuerung an einen Oszillator 31 angeschlossen. Schliesslich sind Armierungszähler und Oszillator noch an einen Reset-Generator 32 angeschlossen. Zwischen Ansteuerung 29 einerseits und Armierungszähler 30 und Oszillator 31 andererseits ist noch ein Und-Glied 33 notwendig.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Abstandszünders ist wie folgt:

Beim Abschuss eines Geschosses mit dem erfxndungsgemässen Abstandszünder wird in üblicher Weise die Zünderbatterie 20 aktiviert und über die Resetschaltung 32 werden der Armierungszähler 30 sowie der Oszillator 31 eingeschaltet. Sobald das Geschoss den erforderlichen Abstand vom Geschütz aufweist, wird vom Armierungszähler 30 und vom Oszillator 31 die Ansteuerung 29 aktiviert und die Abstandsmessung erfolgt in den beschriebenen vier Phasen. Sobald das Geschoss den erforderlichen Abstand vom Ziel 21b erreicht hat und der vom Sender 14 ausgesandte Strahl 22b reflektiert wird, dann trifft der reflektierte Strahl 23b mitten auf den Empfänger 15 und bewirkt die Zündung, wobei der Zyklus von vier Phasen sich genügend schnell wiederholt, um eine Zündung genau im gewünschten Abstand zu gewährleisten. Durch die Messung des reflektierten Strahles zusammen mit dem Streulicht und der Messung des Streulichtes ohne den reflektierten Strahl, ist gewährleistet, dass das Streulicht, z.B. Sonnenlicht, nicht die Funktion des Abstandzünders beeinträchtigt.

Bezugsziffernliste

10	Hülse
11	Boden
12	Isolierplatte
13	Nieten
14	Sendediode - Sender
15	Empfangsdiode - Empfänger
16	Infrarot - Filter
17	optische Linse
18	optische Linse
19	Elektronikteil
20	Batterie
21a	,b,c Ziel
22a	,b/C ausgesandter Lichtstrahl
23a	,b,c reflektierter Lichtstrahl
24 ι	Umschalter
25	Verstärker
26	Verstärker
27	Komparator
28	Zünder
29	Ansteuerung
30	Armierungszähler
31	Oszillator
32	Reset-Generator
33	Und-Glied

IS = Strom hervorgerufen durch das Streulicht

ID = Strom hervorgerufen d.reflektierten Strahl

S1-S6 Schalter

V26 Verstärker

R4,R5 Widerstände

C2 Kondensator.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Messen des Geschossabstandes vom Ziel (21b) mit einem Abstandszünder, enthaltend einen Sender (14) und einen Empfänger (15), auf den der vom Sender (14) ausgesandte, im Ziel (21b) reflektierte Strahl (22,23) bei gewünschtem Zielabstand auftrifft, mit Mitteln (24) um Störeinflüsse durch Streulicht oder Rauschen auszuschalten und mit einem Schwellenwertschalter (27) zum Auslösen der Zündung (28) sobald der auf den Empfänger (15) auftreffende strahl (23) einen Schwellenwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessung in den folgenden vier Phasen durchgeführt wird:

a) vollständiges Entladen eines Speicherkondensators (C2)

b) Aufladen des Speicherkondensators (C2) bei eingeschaltetem Sender (14) mit dem im Empfänger (15) durch den einfallenden Strahl (23) und das Streulicht erzeugten Strom (ID + IS)

c) Entladen des Speicherkondensators (C2) bei ausgeschaltetem Sender (14) mit dem im Empfänger (15) durch das Streulicht erzeugten Strom (IS) und

d) Vergleichen der im Speicherkondensator (C2) übriggebliebenen Ladung mit dem Schwellenwert und Zünden bei Erreichen des Schwellenwertes.

II

Annäherungszünder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektronikteil (19) ein Umschalter (24) vorhanden its, der einen Kondensator (C2) besitzt, dessen Eingang über einen ersten Schalter (Sl) an den Empfänger (15) und dessen Ausgang über einen zweiten Schalter (S2) an den Empfänger (15) anschliessbar ist und dessen Eingang ferner über einen dritten Schalter (S3) an eine Erdung (UD) und dessen Ausgang ferner über einen vierten Schalter (S4) an die Erdung (UD) anschliessbar ist, und der über einen fünften

Schalter (S5)mit einem Verstärker (V26) verbindbar ist, wobei der Kondensator (C2) entweder mit seinem Eingang an den Empfänger (15) und mit seinem Ausgang an die Erdung (UD) oder mit seinem Ausgang an den Empfänger (15) und mit seinem Ausgang an den Empfänger (15) und mit seinem Eingang an die Erdung (UD) anschliessbar ist, derart, dass der Kondensator (C2) durch den Empfänger (15) alternierend aufladbar und entladbar ist, wobei nach dem Entladen durch Schliessen des fünften Schalters (S5) die Restladung zum Verstärker (V26) leitbar ist.