KR100841680B1 - 전자유도 시한장입방식의 전자식시한시관 및 시한장입기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 신관에 시한데이터를 전자유도방식에 의하여 세팅할 수 있는 전자식시한신관에 있어서, 시한데이타를 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying) 시켜 신관의 코일(L1)로 송신하고, 신관의 코일(L1)을 통해 역전송된 시한신호를 시한장입기의 코일(L2)를 통해 수신하여 두 신호를 비교하여 정상적인 시한셋팅 여부를 판단하는 시한장입기(100)를 구비하여, 상기 신관의 코일(L1)에 유기된 진폭편이변조된 데이터를 정류기를 통해 신관의 내부 전자부품을 구동시키는 전원으로 정류함과 동시에 복조기를 통해 시한신호를 복조하여, 신관의 내부 비활성메모리에 저장한다. 상기 전자유도방식에 의해 시한 세팅된 탄이 발사된 후, 신관 내부의 액 보존형 밧데리(Reserve Battery)의 액병이 파괴되어 전해액이 적층사이로 유입되어 전원이 발생된 이후, 신관의 기폭화약을 점화시키기위한 에너지가 충전되는 커패시터에 일정시간 지연이후 충전시킴으로써 안전장전장치 각 부품의 기계적 작동지연에 의한 1차적인 기계적안전시간과 더불어 2차적인 전기안전시간(약 0.4초)을 확보하여, 최소 거리 이내에서는 절대적으로 기폭이 이루어지지 않도록 함으로써, 대폭적인 신관의 안전성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

전자식 시한 신관, 시한 장입기, time setter, Reserve Battery

Description

전자유도 시한장입방식의 전자식시한시관 및 시한장입기{Inductive time setting system for electronic time fuze}

도 1은 종래기술의 전자유도 방식의 전자유도 시한장입방식의 전자식시한신관 및 시한장입기를 보인 회로도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자유도 시한장입방식의 전자식시한신관의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전자유도 시한장입방식의 전자식시한시관 및 시한장입기의 회로 블록도,

도 4는 도 3의 전자유도 시한신관 및 시한장입기의 상세회로도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자유도 전자신관의 동작설명도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시한시관에서의 데이터 진폭편이변조를 도시한 파형도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 시한장입기 200 : 유도 장입부

300 : 시한신관 310 : 정전압전원회로

320 : 검파회로 330 : 적분회로

340 : 비교회로 350 : 마이콤

400 : 전원조립체 600 : 충전지연회로

700 : 기폭회로 U5 : 정전압레귤레이터

C6 : 충전커패시터

본 발명은 전자유도방식에 의하여 신관에 시한을 세팅(setting)할 수 있는 전자식 시한신관에 관한 것으로, 더 자세하게는 탄이 발사된 후 일정시간 경과후 폭발하는 대구경 포탄에 장착되는 시한신관에 있어서 시한을 셋팅하고, 셋팅된 시한을 읽어 들여 목표 시간에 도달한 이후 기폭화약을 기폭시킴으로써 탄을 폭발시키는 시한신관에 관한 것이다.

도1은 종래기술의 전자유도방식의 시한장입기(Setter) 및 그 신관의 전자 회로도이다.

종래에 따른 신관의 전자회로는 제1코일(510), 제2코일(520), 전원부(530), 복조회로(540), 적분회로(550)와 비교용 연산증폭기(565)를 포함하는 신호처리부(560), 그리고 마이콤(570)과 EEPROM(590)을 구비한 마이콤 회로부(580)로 형성되어 있다.

제1코일(510)은 시한장입기의 제1코일로부터 유도되는 전자기유도작용에 의해 전력을 수전하며, 이를 신관의 전원회로부(530)에 공급한다.

제2코일(520)은 시한장입기의 제2코일로부터 송신되는 변조신호를 전자유도 작용에 의해 수신하여 EEPROM(590)에 시한을 저장하게 된다.

전원부(530)는 상술한 제1코일(510)에 유기되는 교류전압을 정류기를 통해 정류하여 직류전압을 생성시키고, 평활회로 및 전압안정화 회로를 통한 후 전자회로 내의 각종 소자에 공급한다.

신호처리부(560)는 상술한 제2코일(520)에 유기되는 교류전압에 실린 신호를 다이오드를 사용하여 검파하고 적분회로를 거쳐 디지털 파형으로 변형한 후 연산증폭기를 경유하여 원칩 마이콤(570)에 인가한다.

이때, 상기 EEPROM(590)에는 탄이 발사된 이후, 그 신관의 폭발 지연시간에 관한 데이터가 저장됨으로서, 상기 신관에 대한 시한 세팅이 이루어진다.

상술한 바와 같이 종래의 시한장입기는 전원과 시한신호의 전송이 제1코일(510) 및 제2코일(520)로 나뉘어 이루어짐으로써 신관의 소형화가 어렵고, 원가 상승의 요인이 되었다.

또한, 종래의 시한시관은 탄이 발사된 시점부터 일정시점까지 안전장전장치 각 부품의 기계적 작동지연에 의한 기계적 안전시간만 보장되고, 전기적인 안전시간은 설정되어 있지 않아 안전장전장치가 장전된 상태로 조립되어 탄이 발사될 경우, 포강 내에서 작동하거나 안전거리 이내에서 작동하여, 인명사고의 발생 가능성이 있다는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단일 코일을 통해 전원과 시한값을 셋팅하고 동시에 셋팅상태를 확인할 수 있는 간단하면서 정밀한 전자식시한신관을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 시한장입기에서 신관으로 전원을 공급함에 있어서 기존의 제너다이오드를 정전압레규레이터로 대체함으로 전송된 전원의 변동에 따른 소자의 파괴를 방지하는 전자식시한신관을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 소정의 시한을 셋팅한 전자식시한신관이 포탄에 결합되어 발사된 이후, 기폭화약을 점화하기 위한 에너지를 충전커패시터에 소정의 시간지연 이후 충전시킴으로써, 포로부터 일정 거리이내에서는 신관이 작동하지 않도록 구성된 전자식시한신관을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자식시한신관 시스템은, 신관에 시한데이터를 전자유도방식에 의하여 세팅할 수 있는 전자식시한신관 시스템에 있어서,

시한데이타를 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying) 시켜 신관의 코일(L1)로 송신하고, 신관의 코일(L1)을 통해 역전송된 시한신호를 시한장입기의 코일(L2)를 통해 수신하여 두 신호를 비교하여 정상적인 시한셋팅 여부를 판단하는 시한장입기(100)를 구비하여,

상기 신관의 코일(L1)에 유기된 진폭편이변조된 신호를 정류기를 통해 신관의 내부 전자부품을 구동시키는 전원으로 정류함과 동시에 복조기를 통해 시한신호를 복조하고 신관의 내부 비활성메모리에 저장하며,

상기 전자유도방식에 의해 시한 세팅된 탄이 발사된 후 신관의 기폭화약을 점화시키기 위한 기폭에너지가 충전되는 충전커패시터에 일정시간 지연이후 충전시키기 위한, 메모리에 저장된 시한데이터를 읽어 들여 목표 시간에 다다르면 신관의 기폭화약을 점화하는 기폭회로부의 충전커패시터에, 소정 시간 지연 이후 충전하기 위한 충전지연부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 복조기는, 상기 신관에서 시한신호를 복조함에 있어서 다이오드(D5), 커패시터(C12)를 통한 검파회로, 저항기(R15), 커패시터(C13)를 통한 적분회로, 비교기(U4), 저항기(R16, R17)를 통한 비교회로로 구성되는 것을 특징으로 하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 신관에 저장된 시한신호를 시한장입기로 역전송시 신관코일(L1)의 양단을 단락(open & short)시켜 신관 코일(L1)의 인턱턴스를 변화시킴으로써 시한장입기에서 복조를 원활히 하여, 한 개의 코일을 통해 시한신호와 전원을 동시에 전송가능하게 한 것을 특징으로 하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 신관내 전자부품을 구동시키는 전원을 정전압레규레이터를 사용하여 전송되는 전원의 이상변동에 안정적 전원을 확보가능하게 한 것을 특징으로 하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 기폭회로부는, 세팅된 시한 이전에 충격력이 작동하거나, 시한작동 모드로 발사된 이후 시한 작동이 실패되었거나, 충격모드로 설정된 경우 충전커패시터에 충전된 기폭에너지를 2개의 병렬로 연결된 충격스위치를 통해 기폭화약을 점화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하여 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자유도 시한장입방식의 전자식시한신관의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전자유도 시한장입방식의 전자식시한시관 및 시한장입기의 회로 블록도이고, 도 4는 도 3의 전자유도 시한신관 및 시한장입기의 상세회로도이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자유도 시한장입방식의 전자식 시한신관은 전자부조립체, 전원조립체, 기폭관집조립체, 안전장전장치 조립체로 구성되며, 상기 전자부조립체는 유도코일조립체, 신호처리기판조립체와 지지 구조물로 구성되지만 본 발명의 일실시예에 따른 전자유도 시한장입방식의 전자식 시한신관 및 시한장입기의 동작관계를 중심으로 기재하도록 한다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 전자식 시한신관은 시한장입기(100)의 코일(L2)으로부터 전원 및 시한신호를 유도받는 코일(L1)과 상기 시한장입기(Setter)(100)의 코일(L2)로부터 공급되는 전원과 시한정보를 전자유도 방식에 의해 수전하고 확인된 시한값을 시한장입기로 역전송하는 유도장입부(200), 상기 신관코일(L1)에 유기되는 교류전압을 정류하는 정전압전원회로(310), 상기 시한장입기(100)에서 변조되어 수신된 시한신호를 복조하기위한 검파회로(320), 적분회로(330), 복조된 신호를 비교하여 디지털신호로 변환하기위한 비교회로(340), 시한신호에 따라 신관의 동작을 제어하는 마이콤(350), 전원조립체(400), 충전지연회로(600), 마이콤의 제어신호에 의해 탄을 기폭하는 기폭회로(700)로 구성된다.

정전압전원회로(310)는 시한장입기와 신관이 이루는 한 쌍의 코일을 통해 전자유도방식으로 시한을 셋팅 및 확인하고, 상기 시한 셋팅시 필요한 전원을 보다 안정적으로 확보하는 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 정전압전원회로(310)의 브릿지다이오드(BD), 커패시터(C10)에 의해 상기 유도코일(L1,L2)을 통해 유도되는 교류전원을 직류 전원으로 정류되고, 상기 정전압레규레이터(U5)를 통해 안정적인 5VDC로 변환되어 상기 마이콤(350)의 구동전원으로 인가된다.

충전지연회로(600)는 소정의 시한 셋팅후 탄이 발사되어, 신관 내부의 액 보존형 배터리(Reserve Battery)가 활성화된 이후, 일정시간이 지난이후부터 기폭에너지를 충전커패시터(C2)에 충전함으로써 전기적 안전시간을 확보하는 역할을 수행한다.

전원조립체(400)는 소정의 시한을 셋팅한 전자식시한신관이 포탄에 결합되어 발사될때, 포탄에 작용하는 후진관성력과 회전력으로 액보존형의 밧데리의 액병이 파괴되어 전해액이 적층사이로 유입되어 전원이 발생될때 상기 전원을 상기 충전지연회로(600), 기폭회로(700) 및 마이컴(350)에 전원을 공급하는 역할을 수행한다.

이하, 본 발명에 따른 시한장입방식의 전자식시한시관 및 시한장입기의 시한 셋팅 및 검증 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시한시관에서의 데이터 진폭편이변조를 도시한 파형도이다.

도4 및 도6에 도시된 바와 같이, 상기 시한장입기(100)의 신호발생기(110)를 통해 100KHz의 반송파를 생성하고, 변조기(120)에서 데이터 신호의 전압변화에 따라 반송파의 진폭을 변하게 하는 방식인 진폭편이변조(ASK)를 실시한다.

상기 진폭편이변조는 두개의 2진수들을 각각 서로 다른 진폭을 가진 반송 주파수로 표현하는 방식이다. 즉, 하나의 2진값 "1"은 반송파가 존재하지 않고, 다른 하나 "0"은 고정된 진폭을 가지는 반송파로 변조한다(ASK2).

이때, 상기 진폭편이변조된 변조신호는 상기 전력증폭기(130)을 통해 증폭되고 상기 시한장입기의 코일(L2)를 통해 신관의 코일(L1)에 전송되고, 상기 시한신관의 코일(L1)에 변조된 데이터는 정전압전원회로(310)의 브릿지다이오드(BD), 커패시터(C10)에 의해 직류 전원으로 정류되고, 상기 정전압레규레이터(U5)를 통해 안정적인 5VDC로 변환되어 상기 마이콤(350)의 구동전원으로 사용된다.

또한, 상기 정전압레규레이터(U5)는 상기 마이콤(350)의 구동전원 인가시, 종래의 제너다이오드를 사용할 때 전송된 전원의 변동에 따른 소자의 파괴가 종종 발생되는 것과 달리, 전원회로의 신뢰성을 높이게 된다.

한편, 신관의 코일(L1)에 변조된 데이터는 상기 정전압전원회로(310)와 별도로 검파회로(320), 적분회로(330)와 비교회로(340)을 거쳐 시한데이타를 복조하게 되고, 상기 마이콤(350)의 내부 비활성 메모리에 저장되게 된다.

또한, 상기 마이콤(350)은 획득된 시한값을 마이콤(350)의 RA1 Port를 통해 출력하게 되면, 상기 신관의 코일(L1)의 인턱턴스가 시한값에 따라 변하게 되어, 상기 시한장입기(100) 코일(L2)에 전압의 변화가 발생되며, 상기 시한장입기(100)의 복조회로(140)를 통해 시한데이타가 획득되어진다.

상기 시한장입기(100)의 마이콤(150)은 상기 시한장입기(100)에서 송신한 시한데이타와 신관(300)에서 시한장입기(100)로 역전송된 시한데이타를 비교하여 시 한이 정상적으로 셋팅되었는지, 에러상태는 아닌지 등을 판단하여, 표시장치(160)를 통해 표시(display)한다.

이하, 상기한 구성의 전자식 시한 신관의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 전자유도 전자신관의 동작 설명도이다.

도5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자유도 시한장입방식의 전자식시한시관은 탄 발사 전에 상기 전자식시한신관의 액보존형밧데리를 사용하지 않고, 전자유도에 의해 신관 내 비활성 메모리에 설정된 시한값이 저장된다.

이때, 상기 탄이 발사되면 후진 관성력 및 회전 원심력에 의해 안전장전장치 내의 관성핀 작동 및 풀림쇠가 해제되고, 상기 안전장전장치 각 부품의 기계적 작동지연으로 포구앞 일정거리이내에서는 신관이 작동하지 않도록 1차 기계적 안전시간을 확보한 후, 화약계열이 완전히 정렬되어 기폭회로가 닫힌다.

이어, 탄의 발사와 동시에 신관의 액보존형밧데리의 액병이 파열되어 전해액이 적층사이로 스며들기 시작하면서 전압이 발생되고, 상기 발생된 전압은 일정시간 지연 후, 충전지연회로의 충전커패시터에 기폭에너지를 충전함으로써 2차 전기적 안전시간을 확보하게 되고, 또한 상기 발생된 전원이 전자부결합체에 공급되어, 비활성메모리에 저장된 시한 데이터를 읽어 카운터를 시작한다.

또한, 상기 카운터가 완료되면 기폭회로에 점화신호를 출력하게 되고, 이때, 상기 충전커패시터에 충전된 기폭에너지가 기폭화약으로 방출되어 신관이 작동하게 되는 것이다.

이때, 상기 시한작동이 실패하거나, "충격"모드로 셋팅되었을 경우에는 상기 신관의 충격스위치가 작동되어 상기 충전커패시터에 충전된 기폭에너지가 상기 기폭화약으로 방출되어 신관이 작동하게 되고, 신관의 화약계열의 연쇄폭발로 탄이 폭발하게 되는 것이다.

이하, 신관의 안전성을 높인 충전지연회로와 충격스위치를 병렬로 2개 구비한 기폭회로에 대한 설명은 다음과 같다.

우선, 소정의 시한을 셋팅한 전자식시한신관이 포탄에 결합되어 발사되면, 포탄에 작용하는 후진관성력과 회전력으로 액보존형의 밧데리의 액병이 파괴되어 전해액이 적층사이로 유입되어 전원이 발생하게 되는데, 1차적으론 안전장전장치에 의해 기계적 안전시간이 확보되지만, 기폭화약을 점화하기 위한 에너지를 충전커패시터에 소정의 시간지연 이후 충전시킴으로써, 2차적인 전기적 안전시간을 확보함으로써 신관의 안전성을 높이게 되는 것이다.

즉, 전원이 활성화되면 도 4의 R4*C5의 시정수에 의해 C5에 충전되게 되고, PUT(Q1)의 turn ON 은 R2와 R3에 의해 일정 시간지연후 일정전압 이상일 경우 작동되게 되고, PUT(Q1)이 turn ON 과 동시에 SCR(Q2)가 turn ON되어, 충전커패시터(C6)에 충전되게 된다.

또한, 상기 지연시간을 구해보면, V2=V1(1-e ??t/R4*C5)가 되고 전원조립체 전압(V1)이 30V일 경우, V2=10V가 되어 t=Ln(1.5)=0.405(sec)가 된다. 대구경포탄의 경우 탄속이 200~900m/s이므로 탄 발사이후 포로부터 대략 80~360m 이내에서는 포탄이 폭발하지 않게 안전시간을 확보하게 되고, 그 안전시간이후 셋팅된 시한값에 도달하면 PIC micom(350)의 RA3로 기폭트리거를 발생시켜 충전커패시터(C6)의 충전에너지가 기폭화약(500)으로 방출되게 되어 신관이 작동하게 되고, 충격모드로 설정되었거나 설정된 시간 이전에 충격력이 작용하면 2개의 충격스위치중 하나라도 작동하여 기폭회로가 닫히면 충전에너지가 기폭화약으로 방출되어 충격작동하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자식 시한시관 시스템은 신관과 시한장입기의 한 쌍의 단일 코일을 통해 전원과 시한값을 동시에 송,수신하여 시한을 셋팅하고, 또한 신관에 저장된 시한 셋팅값을 확인할 수 있도로 하여 탄기폭시점을 정확하게 제어할 수 있다고 하는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자식 시한시관 시스템은 시한장입기에서 신관으로 전원을 공급함에 있어서 기존의 제너다이오드를 정전압레규레이터로 대체함으로 전송된 전원의 변동에 따른 소자의 파괴를 방지하여 안정성을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 소정의 시한을 셋팅한 전자식시한신관이 포탄에 결합되어 발사된 이후, 기폭화약을 점화하기 위한 기폭에너지를 충전커패시터에 소정의 시간지연 이후 충전시킴으로써, 포로부터 일정 거리이내에서는 신관이 작동하지 않도록 하여 탄의 안정성을 배가하는 효과가 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 상술한 실시 예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있는 것은 이해 될 것이다.

Claims (6)

1. 신관에 시한데이터를 전자유도방식에 의하여 세팅할 수 있는 전자식시한신관에 있어서,

   시한데이타를 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying) 시켜 신관의 코일(L1)로 송신하고, 신관의 코일(L1)을 통해 역전송된 시한신호를 시한장입기의 코일(L2)를 통해 수신하여 두 신호를 비교하여 정상적인 시한셋팅 여부를 판단하는 시한장입기(100)를 구비하여,

   상기 신관의 코일(L1)에 유기된 진폭편이변조된 신호를 정류기를 통해 신관의 내부 전자부품을 구동시키는 전원으로 정류함과 동시에 복조기를 통해 시한신호를 복조하고 신관의 내부 비활성메모리에 저장하며,

   상기 전자유도방식에 의해 시한 세팅된 탄이 발사된 후, 신관의 기폭화약을 점화시키는 기폭에너지를 충전커패시터에 충전함에 있어 일정시간 지연이후 충전되도록 하는 충전지연부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자식시한신관.
2. 제 1 항에 있어서,

   신관과 시한장입기의 한쌍의 단일코일을 통해서 시한값과 신관의 내부전자부품을 구동시키는 전원을 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 전자식시한신관.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복조기는, 상기 신관에서 시한신호를 복조함에 있어서 다이오드(D5), 커패시터(C12)를 통한 검파회로, 저항기(R15), 커패시터(C13)를 통한 적분회로, 비교기(U4), 저항기(R16, R17)를 통한 비교회로로 구성된 것을 특징으로 하는 전자식 시한신관.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 신관에 저장된 시한신호를 시한장입기로 역전송시 신관코일(L1)의 양단을 단락(open & short)시켜 신관 코일(L1)의 인턱턴스를 변화시킴으로써 시한장입기에서 복조를 원활히 하여, 신관에 저장된 시한 값을 확인할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자식시한신관.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한항에 있어서,

   시한장입기 코일로부터 신관코일로 유도된 교류전원을 정류하여 직류 전원으로 변환시킴에 있어, 정전압 다이오드 대신 정전압레규레이터를 사용하여 전송되는 전원의 이상변동에 안정적 전원 확보가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 전자식시한신관.
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한항에 있어서,

   상기 기폭회로부는, 세팅된 시한 이전에 충격력이 작동하거나, 시한작동모드로 발사된 이후 시한 작동이 실패되었거나, 충격모드로 설정된 경우 충전커패시터 에 충전된 기폭에너지를 2개의 병렬로 연결된 충격스위치를 통해 기폭화약을 점화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전자식시한신관.

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