DE3882699T2 - Selektiver feuersensor. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Systeme zur Detektion und Unterdrückung von Feuer und Explosionen und insbesondere auf ein Echtzeit-System bzw. Real-Time-System, welches die adaptive Diskriminierung von Hochenergiepanzerabwehrgeschossen ermöglicht.
• Feuerdetektions- und Unterdrückungssysteme, die in der Lage sind, auf das Auftreten entweder einer Flamme oder einer Explosion zu reagieren, um ein Ausgangssteuersignal zu erzeugen, welches für die Aktivierung einer Feuerunterdrückung verwendet wird, sind allgemein bekannt. Bei militärischen Anwendungen ist es häufig wünschenswert, zwischen der thermischen Energie, die durch ein Kohlenwasserstofffeuer erzeugt wird, welches beispielsweise aus der Explosion eines Kraftstoffbehälters in einem Fahrzeug wie z. B. eines gepanzerten bzw. armierten Personentransporters oder eines Panzers resultiert, und der thermischen Energie, die durch ein Hochenergiepanzerabwehrgeschoß ("High Energy Anti-Tank round, im folgenden mit HEAT- Geschoß abgekürzt), erzeugt wird, zu unterscheiden. HEAT-Geschosse können momentane Hochenergiestrahlungswerte und hohe Temperaturen verursachen, die 5000ºK übersteigen können. Derartige Hochenergieabgaben bzw. hohe Energieabgaben können nicht nur von dem Munitionsgeschoß selbst, sondern ebenso von einer sekundären Reaktion mit der Panzerung bzw. Armierung des Fahrzeugs hervorgerufen werden. Diese sekundäre Reaktion wurde als pyrophorische Reaktion theoretisiert. HEAT-Geschosse können ein Kohlenwasserstofffeuer hervorruf en oder auch nicht, je nachdem, ob das Geschoß in eine Kraftstoff zelle bzw. Brennstoff zelle eindringt und den Kraftstoff bzw. Brennstoff darin entzündet. Deshalb ist es wünschenswert, die Aktivierung eines Feuerunterdrückungssystems zu verhindern, wenn ein HEAT-Geschoss die Panzerung eines Fahrzeuges durchdringt, den Kraftstoffbehälter aber nicht zur Explosion bringt und folglich ein sekundäres Kohlenwasserstofffeuer nicht initiiert wird.
• Das US-Patent 3 825 754, am 23. Juli 1974 für Cinzori erteilt, offenbart ein Detektionssystem, das eine Detektionseinrichtung bzw. einen Fühler enthält, um damit insbesondere ein HEAT-Geschoss zu detektieren und auf die Detektion eines derartigen Geschosses zu regieren bzw. anzusprechen, wodurch eine Kohlenwasserstoffeuer-Detektionseinrichtung für eine gewisse Zeit deaktiviert wird. Obwohl dieses System für viele Anwendungen gut geeignet ist, benötigt dieses System dennoch eine externe Kodierung für verschiedene Panzerungs- bzw. Armierungstypen. Dieses System benötigt ebenso voreingestellte primäre und sekundäre Schwellenwerte, berücksichtigt die Dicke der Panzerung gegenüber dem Fahrzeug, in das das System einverleibt bzw. inkorporiert ist, nicht, zieht die Größe oder Energie des eintretenden Geschosses nicht in Betracht und der dynamische Bereich des Geschossdetektors ist im allgemeinen nicht ausreichend, um die mit einigen HEAT-Geschossen in Zusammenhang stehenden Hochintensitätspitzenwerte bzw. -scheitelwerte zu messen. Diese Unfähigkeit, einige Hochintensitätsspitzenwerte zu messen, kann sich aus der Detektionsschaltung ergeben, die mittels der mit dem Geschoß in Zusammenhang stehenden, hohen Energie in Sättigung gebracht wird, und somit es erforderlich macht, daß das Feuerdetektionssystem für ein gewisses Zeitintervall außer Kraft gesetzt wird, bevor die Schaltung befähigt wird, das Vorhandensein eines sekundären Feuers zu detektieren.
• Das US-Patent 4 101 767, am 18. Juli 1978 für Lennington erteilt, enthält die technische Lehre eines diskriminierenden Feuersensors, der eine Detektionseinrichtung umfaßt, die zwischen einem Kohlenwasserstofffeuer und mit Hochenergie explodierenden Munitionsgeschossen, die kein Kohlenwasserstofffeuer hervorrufen, diskriminiert bzw. unterscheidet. Die diesem System innewohnenden Nachteile sind vielfältig. Das System diskriminiert beispielweise nicht ohne weiteres bei Niedrigenergiegeschossen mit einer Farbtemperatur unterhalb 2400ºK. Darüber hinaus diskriminiert das System nicht ohne weiteres, falls ein Geschoß eine größere Dicke der Panzerung durchdrungen hat, was zu einem Geschoß mit einer Farbtemperatur von weniger als 2400ºK führt. Ebenso ist der dynamische Bereich des Geschoßdetektors nicht ausreichend, um die mit vielen Geschossen in Zusammenhang stehende Hochintensität zu messen, was ferner zu einem Sättigungsverhalten bzw. Sättigung der Schaltung führt und es somit erforderlich macht, daß das Sensorsystem für mehrere Millisekunden außer Kraft gesetzt wird, bevor die Schaltung ein sekundäres Feuer detektieren kann.
• Aus der GB-A-2 089 503 ist ein Feuer- und Explosionsdetektionssystem bekannt, welches zwischen einer Strahlung, die von einer zu detektierenden Feuer- oder Explosionsquelle erzeugt wird, und einer Strahlung unterscheidet, die z.B. durch ein Brandbombengeschoss oder einer pyrophorischen Verbrennung erzeugt wird, die von einem innerten Geschoß ("inert round") hervorgerufen wird. Das System weist zwei Detektoren auf, wobei ein Detektor mit einem Anstiegsgeschwindigkeits-Schaltkreis verbunden ist. Das System produziert nur ein Triggersignal, wenn die Schwellensignale aus den beiden Detektoren und das Ausgangssignal eines Anstiegsgeschwindigkeits-Schaltkreises vorliegen. Das Ausgangssignal des Anstiegsgeschwindigkeits-Schaltkreis wird nur dann erzeugt, wenn die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs des zugeordneten Detektors einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Kurzfassung der Erfindung
• Die vorstehenden Probleme des Standes der Technik werden überwunden und andere Vorteile werden durch ein Feuerdetektionssystem verwirklicht, das in Übereinstimmung mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren gemäß Anspruch 7 zwischen einem HEAT-Geschoß, welches kein sekundäres Feuer initiiert, und einem HEAT-Geschoß, welches ein sekundäres Feuer initiiert, diskrimiert bzw. unterscheidet. Das erfindungsgemäße System ist einzigartig, indem es die Spitzenintensität bzw. die Peak-Intensität eines eindringenden HEAT-Geschosses mißt, um einen sekundären Schwellenwert zu bestimmen, der nachfolgend dazu verwendet wird, um ein sich ergebendes Kohlenwasserstofffeuer zu detektieren. Das System führt eine statistische Analyse der Steigung der Geschoß-Wärme-Signatur durch, um festzustellen, ob ein sekundäres Feuer aufgetreten ist.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung, diskriminiert bzw. unterscheidet das System zwischen HEAT-Geschossen, die nicht zu einem Kraftstofffeuer führen, und HEAT-Geschossen, die zu einem derartigen Feuer führen, unabhängig von dem Geschoßtyp oder von dem im Fahrzeug verwendeten Typ der Panzerung bzw. Armierung. D.h., das System benötigt keine Kalibrierung oder Anpassung an die unterschiedlichen am Fahrzeug verwendeten Typen der Panzerung oder an die Dicke der Panzerung. Das erfindungsgemäße System bestimmt in vorteilhafter Weise in Echtzeit einen sekundären Schwellenwert, welcher dazu verwendet wird, zu bestimmen, ob sich ein sekundäres Feuer aus dem Geschoß ergeben hat. Die Erfindung kann somit in vorteilhafterweise zur Diskriminierung bzw. Unterscheidung zwischen HEAT-Geschossen mit unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Energiewerten verwendet werden. Die Erfindung verwendet einen groben dynamischen Bereich, eine logarithmisch nicht sättigende Detektorschaltung, woraus sich die Eliminierung jeglicher Anforderung zur Hemmung des Feuersensors für eine vorbestimmte Zeitdauer ergibt. Demgemäß sind die Probleme der bisherigen Systeme überwunden, die eine Hemmung des Feuersensors für mehrere Millisekunden nach der Sättigung der Geschoßdetektorschaltung erfordern.
• Die Verwendung des Feuerdetektionsystems der vorliegenden Erfindung ist für alle Typen von Panzerungen und für unterschiedliche Panzerungsdicken unabhängig von der Größe oder der Energiewerte des HEAT-Geschosses wirksam. Dieses Merkmal ermöglicht die Verwendung eines Systems auf alle Fahrzeugtypen, ohne daß irgendeine externe Anpassung nötig wäre, um auf den besonderen, am Fahrzeug verwendeten Typ der Panzerung anzupassen.
• In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, weist das geschoßdiskriminierende Feuerdetektionssystem einen logarithmischen Detektorschaltkreis auf, der mit einem Analog/Digital-Wandler gekoppelten ist, der das Detektionsausgangsspannungssignal in digitale Form konvertiert bzw. umwandelt. Das digitale Ausgangssignal wird durch einen Mikroprozessor verarbeitet und der Mikroprozessor weist einen Ausgang zum Steuern einer Schalteinrichtung auf, die zwischen einem Feuersensor und einem durch den Feuersensor aktivierten Feuerunterdrückungssystem eingekoppelt ist. Verschiedene Programmroutinen bzw. Software-Routinen werden durch den Mikroprozessor ausgeführt, um den Ausgang des Detektors zu überwachen und die Schalteinrichtung zu steuern. Überschreitet das Ausgangssignal des Detektors einen vorgegebenen primären Schwellenwert, wird der Mikroprozessor in die Lage versetzt, einen Zeitgeber zu initiieren bzw. zu starten. Anschließend wird die dV/dT des Geschoßsignales berechnet und mit einem vorgegebenen Maximalwert verglichen. Falls dieser Maximalwert überschritten ist, hemmt bzw. sperrt der Mikroprozessor den Ausgang des Feuersensors, wobei der Schwellenwert typischerweise dann überschritten wird, wenn ein HEAT-Geschoß in ein Fahrzeug eintritt, ohne dabei in eine Kraftstoffzelle einzudringen bzw. die Kraftstoffzelle zu durchdringen. Falls das HEAT-Geschoß in eine Kraftstoffzelle eindringt wird im allgemeinen die Anstiegszeit bzw. Anstiegsgeschwindigkeit von dV/dT des Geschoßsignals den primären Schwellenwert nicht überschreiten, wodurch der Ausgang des Feuersensors nicht gesperrt wird.
• Der Mikroprozessor ist in Übereinstimmung mit der Erfindung ferner dazu in der Lage, das Geschoßsignal in vorgegebenen Intervallen abzutasten und eine statistische Analyse des Signals durch Berechnung des Mittelwerts und des Mittelwerts der vorhergehenden 16 Abweichungen bzw. Variationen von dem Geschoßsignal durchzuführen. Der Mittelwert der Abweichungen wird zur Bestimmung der Steigung und der Polarität bzw. des Vorzeichens der Steigung des Geschoßsignales verwendet, um damit die Detektion eines Sekundärfeuers zu ermöglichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Diese und andere wertvollen Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen verständlicher werden. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines adaptiven, geschoßdiskriminierenden Feuerdetektionssystems in Übereinstimmung mit der Erfindung;
• Fig. 2a und 2b Flußdiagramme, die bestimmte durch die Datenverarbeitungseinrichtung der Erfindung ausgeführte Software-Routinen veranschaulichen; und
• Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 exemplarische Diagramme, die den Ausgang des Geschoßdetektors in Volt gegenüber der Zeit bei unterschiedlichen Bedingungen angezeigen, die durch den Eintritt eines HEAT-Geschosses in die inneren Bereiche eines gepanzerten Fahrzeuges initiiert werden.
Detailierte Beschreibung der Erfindung
• Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist in Form eines Blockdiagramms eine bevorzugte Ausgestaltung eines adaptiven geschoßdiskriminierenden Feuerdetektorsystems 10 gezeigt. Das System 10 enthält eine Vorrichtung zum Detektieren der Strahlungsabgabe eines Feuer initiierenden Bauteils bzw. eines Feuer initiierenden Elements. Derartige Vorrichtungen können eine logarithmische Detektorschaltung 12 aufweisen, die einen dynamischen Bereich von über 100 db aufweist und mit einer Strahlungsdetektionseinrichtung wie z. B. eine Photodiode gekoppelt ist, die typischerweise auf ein Spektrum zwischen 0,7 und 1,0 Mikrometer anspricht. Der Detektor 12 weist einen analogen Spannungsausgang 14 auf, der mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 16 gekoppelt ist. Der Analog/Digital-Wandler 16 konvertiert den Spannungsausgang 14 des Detektors 12 in einer allgemein bekannten Weise in ein digitales Signal, das die Spannungsgröße bzw. -höhe des Signals angibt. Diese digitale Darstellung bzw. Wiedergabe ist in Form einer Anzahl von diskreten Bits ausgedrückt, die über einen Datenbus 18 zur Eingabe an eine Steuereinrichtung übermittelt werden, welche eine datenverarbeitende Einrichtung wie z. B. ein Mikroprozessor 20 sein kann. Natürlich kann jede geeignete Datenverarbeitungsvorrichtung, wie z. B. ein digitaler Signal-Prozessor oder selbst eine analogverarbeitende Einheit verwendet werden. Der Mikroprozessor 20 weist einen Sperr-Ausgang 22 aufs der an eine Schalteinrichtung 24 angekoppelt ist. Die Schalteinrichtung 24 ist ferner mit dem Ausgang 26 eines Feuersensors 28 gekoppelt. Der Mikroprozessor 20 hat somit die Möglichkeit, die Schalteinrichtung 24 zu öffnen und zu schließen, wodurch der Ausgang 26 des Feuersensors 28 verbunden oder unterbrochen wird. Die Schalteinrichtung 24 kann ein Halbleiterschalter, ein elektromagnetisches Relais oder jeder geeignete, schnellschaltende Schalter sein, der geeignet ist, von einem Mikroprozessor 20 gesteuert zu werden. Der Ausgang 26 des Feuersensors 28 kann mit einer geeigneten Feuerunterdrückungseinrichtung 29 gekoppelt sein, die in der Lage ist, ein Feuer wie z. B. ein Kohlenwasserstofffeuer zu unterdrücken bzw. zu löschen, das aus einer Explosion eines Kraftstoffbehälters innerhalb eines gepanzerten Fahrzeugs hervorgeht. Das Feuerunterdrückungssystem 29 kann z. B. eine Reihenanordnung aus CO&sub2;- oder Freonzylindern aufweisen, die mit einem schnellschaltenden Aktivierungsmechanismus gekoppelt sind. Der Feuersensor 28 kann sensitiv bzw. empfindlich hinsichtlich einer spezifischen Spektrallinie oder mehrerer Spektrallinien sein, die mit dem Verbrennungsprodukt eines Kohlenwasserstofffeuers in Zusammenhang stehen. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es wünschenswert, den Ausgang des Feuersensors 28 während bestimmter Zeiten zu sperren, so z. B., unmittelbar nach dem Eintritt des HEAT-Geschosses in ein gepanzertes Fahrzeug. Ein derartiges Sperren hindert den Feuersensor 28 daran, die Feuerunterdrückungseinrichtung 29 zu triggern bzw. anzusteuern, sobald der Feuersensor die durch das HEAT-Geschoß erzeugte thermische Strahlung bzw. Wärmestrahlung detektiert, selbst wenn kein Kohlenwasserstofffeuer durch den Eintritt des HEAT-Geschosses initiiert bzw. in Gang gesetzt worden ist.
• Um diese wertvolle Funktion des selektiven Hemmens bzw. Sperrens des Ausgangs des Feuersensors 28 nach dem Eintritt eines HEAT-Geschosses durchzuführen, ist der Mikroprozessor 20 in der Lage, eine Anzahl von Software-Routinen auszuführen. Um diese Funktion auszuführen, kann der Mikroprozessor 20 mit Speichereinheiten und Adreß- und Datenbussen (nicht gezeigt) versehen sein, die zum Zugriff dieser Speichereinheiten in einer Weise zur Verfügung stehen, die für den Durchschnittsfachmann allgemein bekannt sind.
• Im folgenden wird nun auf die Figuren 2a und 2b Bezug genommen. Darin sind in Form eines Flußdiagramms einige der Software-Routinen gezeigt, die durch den Mikroprozessor 20 in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgeführt werden.
• Nach anfänglichem Einschalten des Systems, was durch den Block 30 angezeigt ist, überwacht der Mikroprozessor 20 kontinuierlich den Ausgang des Detektors 12, wie durch den Block 32 angedeutet ist. Falls festgestellt wird, dar der Wert des Ausgangs des Detektors 12 oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes, wie z. B. 0,5 Volt liegt, setzt der Mikroprozessor 20 in Block 34 einen internen Zeitgeber bzw. eine interne Uhr auf Null. Danach nimmt der Zeitgeber um Zeitabstände zu, indem er beispielsweise mit einem Signal getaktet wird, das eine bekannte Frequenz aufweist. Der Wert des Zeitgebers steht somit zu jeder gegebenen Zeit nach Ingangsetzung mit der verstrichenen Zeit seit der Detektion des Eintritts des Geschosses in Beziehung.
• Nach einer vorbestimmten Zeitdauer, typischerweise 300 Mikrosekunden, wird die dV/dT des Geschoßsignals in Block 36 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird ebenso ein Vergleich vorgenommen, um zu bestimmen, ob die berechnete dV/dT gleich mit oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert, wie z.B. 2000 volt/Sekunde, ist. Falls sich ergibt, daß dV/dT diesen Schwellenwert überschreitet, wird der Mikroprozessor 20 den Ausgang des Feuersensors in Block 40 sperren. Ein dV/dT, das diese schnelle Anstiegsrate bzw. Geschwindigkeit aufweist, liegt im allgemeinen nur dann vor, wenn das HEAT-Geschoß in das Fahrzeug eingetreten ist, ohne in die Kraftstoffzelle einzudringen. Falls das HEAT-Geschoß in die Kraftstoff zelle eingedrungen wäre, würde die Anstiegsrate von dV/dT infolge des Abkühlens des Geschosses durch den Kraftstoff oder durch eine verschlingende Flamme beträchtlich langsamer sein. Für eine Anstiegsrate, die kleiner als 2000 Volt/Sekunde ist, ist somit die Möglichkeit des Vorhandenseins bzw. des Auftretens eines sekundären Feuers gegeben und der Ausgang des Feuersensors wird nicht gesperrt. Der Mikroprozessor 20 führt deshalb die Software-Routinen in Block 38 weiter aus, wodurch die Uhr zurückgesetzt wird und danach zum Block 32 zurückkehrt, wo das Ausgangssignal des Detektors 12 kontinuierlich überwacht wird.
• Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Darin ist ein charakteristisches Wärmeprofil oder Signatur bzw. Erscheinungsbild eines HEAT-Geschosses gezeigt, welches nicht in eine Kraftstoff zelle nach Eintritt in das Fahrzeug eindringt. Wie hieraus ersichtlich, wird der primäre Schwellenwert in weniger als 100 Mikrosekunden überschritten, und dV/dT hält sich weit oberhalb von 2000 Volt/Sekunde für weitere 300 Mikrosekunden. Das Vorhandensein einer wie in Fig. 3 angezeigten Geschoßsignatur wird zu einem Sensorausgangssignal führen, welches entsprechend dem Block 40 der Fig.2 gehemmt bzw.gesperrt wird.
• Die Wärmesignatur eines HEAT-Geschosses, welches nach Eintritt in das Fahrzeug in eine Kraftstoff zelle eingedrungen ist, ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Fall erreicht der Ausgang der Detektorschaltung die primäre Schwelle bzw. den primären Schwellenwert bis nahezu 4,5 Millisekunden nach Geschoßeindringung nicht. Dies allein würde dem Feuersensor reichlich Zeit zum Ansprechen bzw. zur Reaktion geben, aber selbst nachdem das Geschoßsignal den primären Schwellenwert überschritten hat, würde der Sensor wegen des langsamen Anstiegs des dV/dT-Signals nicht gehemmt werden.
• Im folgenden wird erneut auf den Block 40 von Fig. 2 verwiesen. Es ist hieraus ersichtlich, daß, nachdem der Sensor gehemmt wird, der Mikroprozessor 20 weiter fortfahren wird, die Geschoßsignatur zu überwachen und den höchsten Wert, der erzielt wird, auf zuzeichnen. Der aus dem Analog/Digital- Wandler 16 ausgelesene Wert wird ungefähr 1,75 Millisekunden nach dem Start des Zeitgebers in Block 34 mit dem höchsten bis zu diesem Zeitpunkt ausgelesenen Wert verglichen. Falls festgestellt wird, daß zu diesem Zeitpunkt die Größe des vorliegenden Wertes geringer als ein vorgegebener sekundärer Schwellenwert, wie z. B. 40 % des höchsten Wertes, der aufgenommen wurde, ist, so wird der Feuersensorausgang in Block 44 aktiviert. Dies aktiviert den Sensorausgang für ein Geschoß, welches in das Fahrzeug eingetreten ist, ohne dabei in eine Kraftstoffzelle einzudringen, aber welches eine Kraftstoff zelle oder ein anderes hochbrennbares Material innerhalb des Fahrzeuges getroffen hat. Ein derartiges Ereignis ist in dem Diagramm von Fig. 5 gezeigt. Das Geschoß wäre zu diesem Zeitpunkt (ungefähr 1,75 Millisekunden), durch den Kraftstoff oder durch die verschlingende Flamme auf einen Punkt bzw. Wert unterhalb 40% des höchsten Energiewertes, der erreicht wird, abgekühlt, falls das Geschoß den Kraftstoff oder ein anderes brennbares Material nach Eintritt in das Fahrzeug getroffen hätte, wodurch der Sensor somit in die Lage versetzt wird, das Auftreten des sekundären Feuers nachzuweisen bzw. zu detektieren.
• Falls der Mikroprozessor 20 in Block 42 feststellt, daß der Geschoßdetektorsignalwert gleich oder größer als 40% des höchsten Wertes, der aufgezeichnet wurde, ist, tritt der Programmablauf in Block 48 ein. Im Block 48 überwacht der Mikroprozessor 20 das Ausgangssignal des Geschoßdetektors für zusätzliche 3,25 Millisekunden und zeichnet den Spitzenwert bzw. Scheitelwert bzw. Peak-Wert und die Zeit des Auftretens bzw. des Vorliegens des Spitzenwertes auf. Nachdem diese Zeit verstrichen ist, führt der Mikroprozessor 20 eine statistische Analyse des Geschoßsignals durch. Zur Durchführung dieser Analyse tastet der Mikroprozessor 20 das Geschoßsignal in Intervallen von nahezu 100 Mikrosekunden ab und berechnet den Mittelwert des Signals
• und den Mittelwert der vorhergehenden 16 Abweichungen des Signals
• Das Signal von dem Geschoßdetektor sollte nach annähernd 6,6 Millisekunden, nachdem das Geschoß in das Fahrzeug eingetreten ist, abnehmen, es sei denn, ein sekundäres Feuer liegt vor bzw. ist aufgetreten. Die Steigung des Geschoßsignals nach dieser Zeit wird somit verwendet, um das Vorhandensein bzw. Auftreten eines sekundären Feuers zu detektieren. Die Polarität bzw. das Vorzeichen des Mittelwertes der Abweichungen wird dazu verwendet bzw. herangezogen, um den Wert der Steigung zu bestimmen.
• Falls festgestellt wird, dar nach Ansammeln von 16 Abtastwerten während eines Intervalls von 1,6 Millisekunden das Mittel bzw. der Mittelwert der Abweichungen positiv ist, wird der Ausgang des Feuersensors aktiviert. Die Verwendung des Mittelwertes der Abweichungen ermöglicht in Übereinstimmung mit der Erfindung die Detektion einer schnellen Anderung der Polarität bzw. des Vorzeichens bei oder nahe bei dem Spitzenenergiewert oder den -werten, die durch den Detektor empfangen werden. Zu diesem Zeitpunkt, an dem der Spitzenergiewert oder die Spitzenenergiewerte vorliegt bzw. vorliegen, ist die Wahrscheinlichkeit eines sekundären Feuers am größten. Das System paßt somit automatisch und kontinuierlich die Empfindlichkeit in Bezug auf Energie und Steigung des Geschoßsignales an. Dies ermöglicht der Schaltung bzw. dem Schaltkreis schnell auf ein schnell ansteigendes Signal zu reagieren bzw. anzusprechen, welches indikativ für das Auftreten bzw. Vorhandensein einer Explosion ist. Dem System wird demgemäß aber nicht erlaubt, auf eine kleine, kurzandauernde Zunahme im Signal zu reagieren, welche das Ergebnis einer Intensitätszunahme ist, die beispielsweise durch Öffnen einer Luke, wodurch der Geschoßdetektor der Sonne ausgesetzt wird, oder durch einen Spritzer von geschmolzener Panzerung innerhalb des Sichtfeldes des Detektors hervorgerufen werden kann.
• Fig. 6 veranschaulicht eine Geschoßsignatur, in dem ein sekundäres Feuer ausgebrochen ist und Fig. 7 veranschaulicht ein Detektorsignal, das eine kleine sekundäre positive Steigung aufweist, welche wiederum aus einer groben Anzahl von innerten Geschoßsignaturen hervorgeht. Der Sensor wird diesbezüglich augenblicklich unter Verwendung des Mittelwertes der Abweichungen in dem Fall von Fig. 6 aktiviert und bleibt dagegen für die durch Fig. 7 dargestellte Geschoßsignatur gesperrt.
• Auch muß in Verbindung mit der Steigungsdetektion der Geschoßsignatur die Größe bzw. Höhe des empfangenen Geschoßsignatursignals ebenso oberhalb des primären Schwellenwerts sein, um den Sensor zu aktivieren.
• In Block 52 von Fig. 2 wird der momentane Zeitgeberwert mit der Zeit verglichen, zu der die Spitzenwert aufgezeichnet wurde. Nachdem 4 Millisekunden seit dem Zeitpunkt des Auftretens der Spitzenintensität verstrichen sind, wird das Geschoßsignal in Block 54 mit einem sekundären Schwellenwert verglichen. Dieser sekundäre Schwellenwert ist nicht ein starrer Wert, er ist aber in Übereinstimmung mit der Erfindung gleich mit der Zeit der Spitzenwertauslesung plus 4 Millisekunden mal dem Wert der Spitzenwertauslesung geteilt durch eine Funktion der Zeit, oder:
• wobei SET der sekundäre Energieschwellenwert, τ die Zeit der Spitzenenergie des Geschosses, VPEAK die Spitzenamplitude des Geschosses in Volt und T die derzeitige verstrichene Zeit relativ zum Eintritt des Geschosses ist.
• Dieser sekundäre Pegel weist einen Anfangswert auf, der gleich dem Wert der Spitzenintensität ist und danach als Funktion der Zeit abnimmt, bis er gleich dem primären Schwellenwert ist. Wie in Block 56 angezeigt ist, wird das Signal mit dem primären Schwellenwert verglichen, falls festgestellt wird, daß das Signal gleich oder größer als der sekundäre Schwellenwert (Block 54) ist. Falls sich herausstellt, dar das Signal auch größer als der primäre Schwellenwert ist, so wird der Feuersensorausgang in Block 44 aktiviert. Damit wird der Sensor aktiviert, sobald ein sekundäres Feuer auftritt, aber das Geschoß durch die verschlingende Flamme gekühlt wird. Ein derartiges Ereignis ist in dem DiagraInm von Fig. 8 gezeigt. Falls festgestellt wird, dar die Signalgröße kleiner als entweder der sekundäre oder der primäre Schwellenwert ist, siehe Block 54 bzw. 56, wird der Feuersensor nicht aktiviert. Der Mikroprozessor 20 fährt danach für 500 Millisekunden, wonach der Sensor ein weiteres Mal aktiviert wird (Block 58), fort, das Signal mit dem sekundären Pegel bzw. dem primären Pegel zu vergleichen und die Polarität der Steigung (Block 50) zu überprüfen.
• Ausgehend von dem Vorangehenden, kann nun abgeschätzt werden, daß durch die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung die Probleme des Standes der Technik, die vorstehend beschrieben wurden, überwunden werden. Bei Verwendung der Erfindung ist es beispielsweise nicht erforderlich, daß der Feuersensor wegen der Sättigung des Geschoßdetektors deaktiviert werden muß, wobei die Sättigung durch ein HEAT-Geschosses, welches eine übermäßige thermische Energieabgabe aufweist, hervorgerufen wird. Die Verwendung der Erfindung ist auch insofern vorteilhaft, da der sekundäre Schwellenwert nicht ein starrer Wert ist, sondern auf dynamische Art festgelegt wird, die teilweise auf der verstrichenen Zeit seit dem Eintritt des HEAT-Geschosses und auf der Spitzenintensität des eintretenden HEAT-Geschosses basiert. Die Verwendung der Erfindung erfordert ebenso keine Art einer besonderen Festlegung oder Kalibrierung, die im Zusammenhang mit dem Typ und/oder der Dicke der Panzerung bzw. Armierung des Fahrzeugs steht. Somit kann ein in Übereinstimmung mit der Vorrichtung und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgebautes System vorteilhafterweise in einer großen Vielfalt und Vielzahl von Fahrzeugen eingesetzt werden, ohne dabei eine spezielle Anpassung für ein besonderes Fahrzeug erforderlich zu machen.
• Es sollte noch hervorgehoben werden, daß die speziellen Zeiten und Schwellenwerte, die oben angegeben sind, nur in veranschaulichender Weise zu verstehen sind, und nicht dazu gedacht sind, die Verwendung der Erfindung auf diese spezifischen Zeiten und Schwellenwerte zu begrenzen. Wie nun richtig abgeschätzt werden kann, können eine Vielzahl von Modifikationen zu den dargestellten Ausgestaltungen der Erfindung basierend auf dem Voranstehenden für den Durchschnittsfachmann verständlich werden. Die Erfindung ist somit nicht auf die hierin offenbarte Ausgestaltung, sondern lediglich durch den Schutzumfang der zugehörigen Ansprüche begrenzt.

Claims (19)

1. Adaptives, geschoßdiskriminierendes Feuerdetektionssystem mit:

einer Vorrichtung zum Detektieren des Auftretens von Feuer, wobei die Feuerdetektionsvorrichtung ein Ausgangssignal zum Aktivieren eines Feuerunterdrückungssystems aufweist, wenn ein Feuer detektiert wird, wobei das Ausgangssignal mittels einer Schalteinrichtung zum Verbinden und Abtrennen des Ausgangssignals mit bzw. von dem Feuerunterdrückungssystems schaltbar mit dem Feuerunterdrückungssystem gekoppelt wird;

einer Vorrichtung zum Detektieren der Energieabgabe eines Feuerinitiierbauteils, wobei diese Bauteildetektionsvorrichtung ein Ausgangssignal aufweist, das die Größenordnung der mit dem Bauteil in Zusammenhang stehenden thermischen Energie angibt; und

einer Vorrichtung zum Steuern des Betriebs der Schalteinrichtung, wobei die Steuervorrichtung operativ mit dem Ausgangssignal der Bauteildetektionsvorrichtung gekoppelt ist, um die Größenordnung der thermischen Energie des Bauteils zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung weiterhin operativ mit der Schalteinrichtwig gekoppelt ist, um das Feuerunterdrückungsaktivierungssignal abzutrennen, wenn die Änderungsrate der Größe der thermischen Energie einen gegebenen Schwellenwert übersteigt, daß die Steuervorrichtung nach einem gegebenen Zeitintervall das Feuerunterdrückungsaktivierungssignal wieder ankoppelt, wenn die Größe der thermischen Energie einen Wert aufweist, der kleiner ist als ein gegebener Prozentsatz eines während des gegebenen Zeitintervalls durch die thermische Energie erreichten Maximalwertes.

2. System nach Anspruch 1, worin die Bauteildetektionsvorrichtung eine Strahlungsdetektionseinrichtung, die auf ein Spektrum zwischen 0,7 und 1,0 Mikrometer anspricht, und einen logarithmischen Detektorschaltkreis umfaßt, der mit der Strahlungsdetektionseinrichtung gekoppelt ist, wobei der logarithmische Detektorschaltkreis einen Dynamikbereich von über 100 dB und einen Spannungsausgang aufweist, der die Intensität der durch die Strahlungsdetektionseinrichtung empfangenen Strahlung ausdrückt.

3. System nach Anspruch 2, worin die Steuervorrrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung ist, die zur Bestimmung der Intensität der von der Strahlungsdetektionseinrichtung empfangenen Strahlung aus der Größe des Spannungsausgangs bestimmt ist.

4. System nach Anspruch 3, desweiteren mit einer Analog- Digital-Umwandlungseinrichtung, bestimmt zum Umwandeln der Spannungsausgabe in eine Mehrzahl von Bits zur Eingabe in die Datenverarbeitungseinrichtung.

5. System nach Anspruch 1, worin der gegebene Schwellenwert 2000 Volt pro Sekunde beträgt.

6. System nach Anspruch 1, worin der gegebene Prozentsatz 40% und das gegebene Zeitintervall 1,75 Millisekunden ist.

7. Verfahren zum selektiven Abschalten des Betriebs eines Feuerunterdrückungssystems nach dem Eintritt eines Hochenergiegeschosses in ein Gehäuse mit einem normalerweise aktivierten Feuerunterdrückungssystem mit folgenen Verfahrensschritten:

Überwachen des Ausgangs eines Geschoßdetektors, um eine Zeit zu bestimmen zu der der Ausgang einen gegebenen primären Schwellenwert übersteigt, der indikativ für die mit dem Eintritt des Geschosses in Zusammenhang stehenden Energie ist;

Initiieren des Betriebs einer Zeitgebereinrichtung zum Aufzeichen einer abgelaufenen Zeit bezüglich des Zeitpunkts des Eintritts des Geschosses;

Überwachen der Energie des Geschosses für ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall;

Berechnen der Anstiegsrate der mit dem Geschoß in Zusammenhang stehenden Energie nach dem ersten vorbestimmten Zeitintervall;

Bestimmen, ob die berechnete Anstiegsrate gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist;

Abschalten des Betriebs des Feuerunterdrückungssystems, falls der berechnete Anstiegswert gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist;

Überwachen der Energie des Geschosses für ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Abschalten des Betriebs des Systems;

Aufzeichen des maximalen Energiewertes der durch das Geschoß während des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls erreicht wird;

Vergleichen der Energie des Geschosses am Ende des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls mit dem aufgezeichneten Wert;

Bestimmen, ob die Energie des Geschosses am Ende des zweiten vorbestimten Zeitintervalls kleiner als ein gegebener Prozentsatz des aufgezeichneten Wertes ist; und

Aktivieren des Betriebs des Feuerunterdrückungssystems, falls festgestellt wird, daß die Energie unter dem gegebenen Prozentsatz liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7 mit folgenden weiteren Verfahrensschritten, falls gefunden wird, daß die Energie des Geschosses am Ende des zweiten vorbestimmten Zeitintervalls gleich oder größer als der gegebene Prozentsatz ist:

Überwachen des Ausgangs des Geschoßdetektors für ein drittes vorbestimmtes Zeitintervall;

Aufzeichen des maximalen durch das Geschoß erreichten Energiewertes und des Zeitpunktes in dem der maximale Energiewert während des dritten vorbestimmten Zeitintervalls erreicht worden ist;

Abtasten des Ausgangs des Geschoßetektors in bestimmten Abtastintervallen, um eine gegebene Anzahl von Abtastwerten davon zu erhalten;

Berechnen des Mittelwertes der Ausgangswerte und des Littelwertes der Abweichungen der Ausgangswerte für die gegebene Anzahl von Malen;

Bestimmen des Vorzeichens der Steigung des Ausgangs aus dem Vorzeichen des Mittelwertes der Abweichungen; und

Bestimmen, ob die Größe des Ausgangs gleich oder größer als der primäre Schwellenwert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8 mit folgendem weiteren Verfahrensschritt, falls gefunden wird, daß die Steigung des Ausgang: positiv ist und falls die Größe des Ausgangs gleich oder größer als der primäre Schwellenwert ist:

Aktivieren des Betriebs des Feuerunterdrückungssystems.

10. Verfahren nach Anspruch 8 mit folgendem weiteren Verfahrensschritt, falls gefunden wird, daß die Steigung des Ausgangs negativ ist oder falls die Größe des Ausgangs kleiner als der primäre Schwellenwert ist:

Vergleichen der aktuellen Zeit mit der aufgezeichneten Zeit zu der der maximale Energiewert erreicht worden war; und

Bestimmen, ob die aktuelle Zeit gleich oder größer der aufgezeichneten Zeit plus einem vierten vorbestimmten Zeitintervall ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10 mit folgenden weiteren Verfahrensschritten, falls gefunden wird, daß die aktuelle Zeit gleich oder größer als die aufgezeichnete Zeit plus dem vierten vorbestimmten Zeitintervall ist:

Berechnen eines sekundären Energieschwellenwertes;

Vergleichen der Größe des Ausgangs des Geschoßdetektors mit dem sekundären Energieschwellenwert; und

Bestimmen, ob die aktuelle Größe des Ausgangs des Geschoßdetektors gleich oder großer als der berechnete sekundäre Energieschellenwert ist.

12. Verfahren nach Ansrpuch 11 mit folgenden weiteren Verfahrensschritten, falls gefunden wird, daß die aktuelle Größe des Ausgangs des Geschoßdetektors gleich oder großer als der berechnete sekundäre Energieschellenwert ist:

Bestimmen, ob die aktuelle Größe des Ausgangs des Geschoßdetektors großer als der primäre Schellenwert ist, womit der Betrieb des Feuerunterdrückungssystems aktiviert wird, falls das Bestimmen ergibt, daß die aktuelle Größe größer als der primäre Schwellenwert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Feuerunterdrückungssystem durch Abtrennen des Ausgangs eines Feuersensors von dem System deaktiviert bzw. abgeschaltet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Schritte des Überwachens jeweils die weiteren Schritte umfassen:

Detektieren einer Intensität der mit dem Geschoß in Zusammenhang stehenden thermischen Energie mit einem logarithmischen Detektorschaltkreis mit einem Spannungsausgang.

15. Verfahren nach Anspruch 14, worin der primäre Schwellenwert ungefähr 0,5 Volt und worin der erste vorbestimmte Wert ungefähr 2000 Volt pro Sekunde beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 10, worin das erste vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 300 Mikrosekunden ist, worin das zweite vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 1,75 Millisekunden ist, worin das dritte vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 3,25 Millisekunden ist, und worin das vierte vorbestimmte Zeitintervall ungefähr 4,0 Millisekunden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 7, worin der gegebene Prozentsatz ungefähr 40% ist.

18. Verfahren nach Anspruch 8, worin die gegebene Anzahl von Abtastwerten ungefähr sechzehn ist und worin das gegebene Abtastintervall ungefähr 100 Mikrosekunden beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 11, worin der sekundare Energieschwellenwert gemäß dem Ausdruck

berechnet wird,

wobei SET der sekundäre Energieschwellenwert ist,

τ die Peak-Energie des Geschosses ist,

VPEAK die Peak-Amplitude des Geschosses in Volt ist, und

T die aktuelle verstrichene Zeit seit dem Eintritt des Geschosses ist.