EP1892496A2 - Sensoreinrichtung insbesondere für ein Geschoss - Google Patents

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EP1892496A2
EP1892496A2 EP07011080A EP07011080A EP1892496A2 EP 1892496 A2 EP1892496 A2 EP 1892496A2 EP 07011080 A EP07011080 A EP 07011080A EP 07011080 A EP07011080 A EP 07011080A EP 1892496 A2 EP1892496 A2 EP 1892496A2
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EP
European Patent Office
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sensor
coil
sensor device
projectile
voltage
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Withdrawn
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EP07011080A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1892496A3 (de
Inventor
Hans-Dieter Förtsch
Klaus Dr. Schlüter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1892496A3 publication Critical patent/EP1892496A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C13/00—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation
    • F42C13/08—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by variations in magnetic field

Definitions

  • the invention relates to a sensor device according to the preamble of claim 1.
  • the sensor devices are designed, for example, as radar proximity sensors or as optronic proximity sensors. Such sensors are complex and therefore expensive to buy.
  • the invention has for its object to provide a sensor device of the type mentioned, which is relatively simple in design and inexpensive to implement.
  • the sensor device according to the invention for a projectile has two mutually axially spaced sensor coils, wherein the winding sense of a sensor coil is opposite to the winding sense of the other sensor coil, and wherein the two sensor coils have the same coil parameters.
  • the two oppositely wound sensor coils form an inductive sensor device, which is interference-compensated in that the two sensor coils have the same coil parameters.
  • the coil parameters are the coil cross-section, the coil length and the number of turns after the voltage induced in a coil is proportional to the inductance of the coil and the coil inductance is the square of the coil Winding number and the coil cross-section is directly proportional to the coil length and inversely proportional.
  • the two sensor coils preferably have the same number of turns.
  • the two sensor coils are preferably connected in series with one another in order to detect and evaluate the resulting voltage corresponding to the respective conditions from the induced voltages of the two sensor coils.
  • the sensor device according to the invention can be used in an advantageous manner, for example as a meeting sensor of a blast grenade against missiles.
  • Figure 1 illustrates schematically, not to scale in a side view of a projectile 10 having a sensor device 12 which is provided for detecting an approach to a target or for detecting a flyby of a target of ferromagnetic material.
  • the sensor device 12 has two mutually axially spaced sensor coils S1 and S2.
  • the winding sense of the sensor coil S1 is illustrated by the arcuate arrow 14.
  • the winding sense of Sensor coil S2 is illustrated by the arcuate arrow 16.
  • the winding direction 14 is counterclockwise and the winding direction 16 is oriented clockwise, ie, the winding sense of a sensor coil is opposite to the winding sense of the other sensor coil.
  • the two sensor coils S1 and S2 thus preferably have the same coil cross-section, the same coil length and the same number of turns.
  • an output voltage U1 is induced in the sensor coil S1 and an output voltage U2 is induced in the sensor coil S2.
  • the two sensor coils S1 and S2 are connected to each other in series, so that there is a resultant voltage U R at the output of the sensor device.
  • This resulting output voltage U R of the sensor device 12 is the vectorial sum of the voltages U 1 and U 2 .
  • FIG. 2 illustrates the projectile 10 with the sensor device 12 according to Figure 1 in an indicated by oblique thin lines interference field 18, as it is generated for example by power lines or by distant metal objects.
  • This interference field 18 is detected by the two sensor coils S1 and S2 simultaneously and with the same amount U 1 and U 2 .
  • a positive voltage U 1 dependent on the time t is generated in the sensor coil S1, for example, and an equally large negative voltage U 2 is generated by the sensor coil S2 wound in the opposite winding channel.
  • the resulting voltage U R 0.
  • FIG. 3 illustrates the projectile 10 with the sensor device 12 in a field 18, wherein the projectile 10 carries out a pendulum movement indicated by the arcuate double arrow 20.
  • a sinusoidal voltage U 1 is generated in the sensor coil S1, for example, and a sinusoidal voltage U 2 phase-shifted by 180 ° in the oppositely wound sensor coil S2.
  • the resulting voltage U R 0.
  • FIG. 4 shows the projectile 10 with the sensor device 12 approaching a target 22 to be controlled.
  • the sensor coil S1 has a smaller distance from the target 22 than the sensor coil S2, so that a voltage U 1 is induced in the sensor coil S1 is greater than the oppositely polarized due to the opposite Wickelsinnes 16 voltage U 2 , so that as a result of the series connection of the two sensor coils S1 and S2, a resultant voltage U R ⁇ 0 results.
  • Figure 5 illustrates a projectile 10 with a sensor device 12 during the flyby at a target 26.
  • the target 26 at A in front of the projectile, in the position D laterally querab from the projectile and in the position C behind the projectile.
  • the sensor coil S1 is closer to the target 26 than the sensor coil S2, so that in the sensor coil S1, a voltage U 1 and in the sensor coil S2, a voltage U 2 of opposite polarity is generated, whereby U 1 due to the shorter distance to the target 26 is greater than the voltage U 2 .
  • the resulting voltage is indicated in this position A in the U (t) diagram with U R, A.
  • the temporal course of the resulting voltage U R of the sensor device 10 can thus be used in a noise-compensated manner to determine the respective scenario of the projectile 10 with simple means comparatively easily.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Es wird eine Sensoreinrichtung (12) insbesondere für ein Geschoss (10) beschrieben, die zum Erfassen einer Annäherung an ein Ziel (22) oder zum Erfassen eines Vorbeifluges an einem Ziel (26) aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist. Eine einfach ausgebildete, störungskompensierte Sensoreinrichtung (12) wird durch zwei voneinander axial beabstandete Sensorspulen (S1 und S2) realisiert, wobei der Wickelsinn (14) der einen Sensorspule (S1) zum Wickelsinn (16) der anderen Sensorspule (S2) entgegengesetzt ist. Die beiden Sensorspulen (S1 und S2) besitzen die gleichen Spulenparameter, um eine Störungskompensation zu erzielen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei bekannten Geschossen sind die Sensoreinrichtungen beispielsweise als Radar-Annäherungssensoren oder als optronische Annäherungssensoren ausgebildet. Derartige Sensoren sind aufwändig und demzufolge in ihrer Anschaffung teuer.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die vergleichsweise einfach ausgebildet und preisgünstig realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist im Anspruch 4 beansprucht.
  • Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung für ein Geschoss weist zwei voneinander axial beabstandete Sensorspulen auf, wobei der Wickelsinn der einen Sensorspule zum Wickelsinn der anderen Sensorspule entgegengesetzt ist, und wobei die beiden Sensorspulen die gleichen Spulenparameter besitzen. Die beiden entgegengesetzt gewickelten Sensorspulen bilden eine induktive Sensoreinrichtung, die dadurch, dass die beiden Sensorspulen die gleichen Spulenparameter besitzen, störungskompensiert ist. Bei den Spulenparametern handelt es sich um den Spulenquerschnitt, die Spulenlänge und die Windungszahl, nachdem die in eine Spule induzierte Spannung zur Induktivität der Spule proportional ist und die Spuleninduktivität zum Quadrat der Windungszahl und dem Spulenquerschnitt direkt und zur Spulenlänge umgekehrt proportional ist. Erfindungsgemäß besitzen also die beiden Sensorspulen vorzugsweise die gleichen Windungszahlen. Die beiden Sensorspulen sind vorzugsweise miteinander in Reihe geschaltet, um die den jeweiligen Gegebenheiten entsprechende, resultierende Spannung aus den induzierten Spannungen der beiden Sensorspulen zu erfassen und auszuwerten. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann in vorteilhafter Weise z.B. als Begegnungssensor einer Blastgranate gegen Flugkörper verwendet werden.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch verdeutlichten Ausführungsbeispieles eines Geschosses mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Geschoss mit einer Sensoreinrichtung in einer Seitenansicht,
    Figur 2
    eine der Figur 1 ähnliche Ansicht eines Geschosses mit einer Sensoreinrichtung in einem störenden Feld,
    Figur 3
    eine der Figur 2 ähnliche Darstellung zur Verdeutlichung eines Geschosses mit einer Sensoreinrichtung, wobei das Geschoss in einem Feld eine Pendelbewegung ausführt,
    Figur 4
    ein Geschoss mit einer Sensoreinrichtung bei einem Anflug auf ein zu bekämpfendes Ziel, und
    Figur 5
    ein Geschoss mit einer Sensoreinrichtung bei einem Vorbeiflug an einem Ziel.
  • Figur 1 verdeutlicht schematisch, nicht maßstabgetreu in einer Seitenansicht ein Geschoss 10, das eine Sensoreinrichtung 12 aufweist, die zum Erfassen einer Annäherung an ein Ziel bzw. zum Erfassen eines Vorbeifluges eines Zieles aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist. Die Sensoreinrichtung 12 weist zwei voneinander axial beabstandete Sensorspulen S1 und S2 auf. Der Wickelsinn der Sensorspule S1 ist durch den bogenförmigen Pfeil 14 verdeutlicht. Der Wickelsinn der Sensorspule S2 ist durch den bogenförmigen Pfeil 16 verdeutlicht. Der Wickelsinn 14 ist entgegen dem Uhrzeigersinn und der Wickelsinn 16 ist im Uhrzeigersinn orientiert, d.h. der Wickelsinn der einen Sensorspule ist zum Wickelsinn der anderen Sensorspule entgegengesetzt.
  • Eine optimale Störungskompensation der induktiv wirksamen Sensorspulen S1 und S2 ist dann gewährleistbar, wenn die beiden Sensorspulen S1 und S2 die gleichen Spulenparameter, d.h. die gleichen Induktivitäten besitzen, weil die in eine Spule induzierte Spannung zur Induktivität der jeweiligen Spule direkt proportional ist. Die beiden Sensorspulen S1 und S2 besitzen also vorzugsweise den gleichen Spulenquerschnitt, die gleiche Spulenlänge und die gleichen Windungszahlen.
  • Bei einer Magnetfeldänderung wird in der Sensorspule S1 eine Ausgangsspannung U1 und in der Sensorspule S2 eine Ausgangsspannung U2 induziert. Die beiden Sensorspulen S1 und S2 sind miteinander in Reihe geschaltet, so dass sich am Ausgang der Sensoreinrichtung eine resultierende Spannung UR ergibt. Diese resultierende Ausgangsspannung UR der Sensoreinrichtung 12 ist die vektorielle Summe der Spannungen U1 und U2.
  • Figur 2 verdeutlicht das Geschoss 10 mit der Sensoreinrichtung 12 gemäß Figur 1 in einem durch schräge dünne Linien angedeuteten Störfeld 18, wie es beispielsweise durch Hochspannungsleitungen oder durch entfernte Metallgegenstände erzeugt wird. Dieses Störfeld 18 wird von den beiden Sensorspulen S1 und S2 gleichzeitig und mit dem gleichen Betrag U1 und U2 erkannt. Infolge der entgegengesetzten Wickelsinne 14 und 16 der Sensorspulen S1 und S2 wird beispielsweise in der Sensorspule S1 eine von der Zeit t abhängige positive Spannung U1 und von der im entgegengesetzten Wickelsinne gewickelten Sensorspule S2 eine gleich große negative Spannung U2 erzeugt. Infolge der Reihenschaltung der beiden Sensorspulen S1 und S2 ist die resultierende Spannung UR = 0.
  • Figur 3 verdeutlicht das Geschoss 10 mit der Sensoreinrichtung 12 in einem Feld 18, wobei das Geschoss 10 eine durch den bogenförmigen Doppelpfeil 20 angedeutete Pendelbewegung ausführt. Durch eine solche Pendelbewegung des Geschosses 10 wird in der Sensorspule S1 zum Beispiel eine sinusförmige Spannung U1 und in der entgegengesetzt gewickelten Sensorspule S2 eine um 180° phasenverschobene sinusförmige Spannung U2 erzeugt. Nachdem die Spannungen U1 und U2 gleich groß, aber um 180° phasenverschoben sind, ist die resultierende Spannung UR = 0.
  • Aus den obigen Ausführungen zu den Figuren 2 und 3 ergibt sich, dass durch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 12 mit den beiden entgegengesetzt gewickelten Sensorspuren S1 und S2, die die gleichen Spulenparameter besitzen, auf einfache Weise eine Störungskompensation erzielt wird.
  • Figur 4 verdeutlicht das Geschoss 10 mit der Sensoreinrichtung 12 beim Anflug auf ein zu bekämpfendes Ziel 22. Die Sensorspule S1 weist von dem Ziel 22 einen kleineren Abstand auf als die Sensorspule S2, so dass in der Sensorspule S1 eine Spannung U1 induziert wird, die größer ist als die infolge des entgegengesetzten Wickelsinnes 16 entgegensetzt polarisierte Spannung U2, so dass sich infolge der Reihenschaltung der beiden Sensorspulen S1 und S2 eine resultierende Spannung UR ≠ 0 ergibt. Wie sich aus dem U(t)-Diagramm der Figur 4 ergibt, kann der Anstieg der resultierenden
  • Spannung UR, d.h. das Zeitdifferential der resultierenden Spannung dUR dt
    Figure imgb0001
     als Schwelle ausgewertet werden, die im U(t)-Diagramm durch die strichpunktierte Linie 24 angedeutet ist.
  • Figur 5 verdeutlicht ein Geschoss 10 mit einer Sensoreinrichtung 12 während des Vorbeifluges an einem Ziel 26. Dabei ist das Ziel 26 bei A vor dem Geschoss, in der Position D seitlich querab vom Geschoss und in der Position C hinter dem Geschoss. In der Position A ist die Sensorspule S1 dem Ziel 26 näher als die Sensorspule S2, so dass in der Sensorspule S1 eine Spannung U1 und in der Sensorspule S2 eine Spannung U2 entgegensetzter Polarität erzeugt wird, wobei U1 infolge der kürzeren Entfernung zum Ziel 26 größer ist als die Spannung U2. Die resultierende Spannung ist in dieser Position A im U(t)-Diagramm mit UR,A bezeichnet. In der Querab-Position B wird in der Sensorspule S1 eine Spannung U1 und in der Sensorspule S2 eine Spannung U2 induziert, die entgegengesetzt polarisiert, aber gleich groß sind, so dass die resultierende Spannung UR,B = 0 ist.
  • In der Position C gilt das zur Position A Gesagte umgekehrt, d.h. die in der Sensorspule S1 induzierte Spannung U1 ist kleiner als die in der Sensorspule S2 induzierte Spannung U2, so dass sich eine resultierende Spannung UR,C mit einer zur Polarität der Spannung UR, A entgegengesetzte Polarität ergibt.
  • Der zeitliche Verlauf der resultierenden Spannung UR der Sensoreinrichtung 10 kann störungskompensiert also dazu verwendet werden, das jeweilige Szenario des Geschosses 10 mit einfachen Mitteln vergleichsweise einfach zu bestimmen.
  • Wesentlich für die Erfindung ist, den Unterschied der beiden Spannungen in den Spulen S1, S2, die entgegengesetzten Wickelsinn 14 haben, messtechnisch zu erfassen. Hierzu gibt es bekannte Techniken, neben der hier angegebenen Reihenschaltung kann man auch z. B. über eine Wheatstonsche Halbbrücke die Differenzspannung abgreifen.
    • Bezugsziffernliste:
    • 10
    Geschoss
    12
    Sensoreinrichtung (S1 und S2 für Geschoss)
    14
    Wickelsinn (von S1)
    16
    Wickelsinn (von S2)
    18
    Feld (bei 10)
    20
    Pendelbewegung (von 10)
    22
    Ziel (für 10)
    24
    Spannungsschwelle (von 12)
    26
    Ziel (für 10)

Claims (4)

  1. Sensoreinrichtung für Flugkörper, die zum Erfassen einer Annäherung an ein Ziel und/oder zum Erfassen eines Vorbeifluges an einem Ziel aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensoreinrichtung (12) zwei voneinander axial beabstandete Sensorspulen (S1 und S2) aufweist, wobei der Wickelsinn (14) der einen Sensorspule (S1) zum Wickelsinn (16) der anderen Sensorspule (S2) entgegengesetzt ist und die beiden Sensorspulen (S1 und S2) die gleichen Spulenparameter besitzen.
  2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Sensorspulen (S1 und S2) die gleichen Windungszahlen besitzen.
  3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Sensorspulen (S1 und S2) miteinander in Reihe geschaltet sind.
  4. Verwendung der Sensoreinrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Begegnungssensor in einem Blasteffektor (10) gegen feindliche Flugkörper (26) oder in einem lenkbaren Flugkörper gegen andere Flugkörper.
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