КОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК

Полезная модель относится к средствам инициирования, а именно к реакционным контактным датчикам.
Роль реакционного контактного датчика заключается в обеспечении его срабатывания при воздействии динамической силовой нагрузки, возникающей при пробитии корпуса объекта, на котором установлен контактный датчик, средствами поражения или от удара объекта о преграду. Срабатывание датчика осуществляется путем замыкания электрического контакта для подачи сигнала на исполнительную систему при силовом ударном нагружении объекта.
Известны технические решения, в которых для защиты датчиков применяются защитные покрытия и экраны.
Известен контактный датчик (патент РФ №2465539, F41J 5/044, опубл. 27.10.2012), содержащий подложку (слой) из непроводящего (диэлектрического) материала, на поверхности которой размещены проводники (токопроводящий материал). Проводники изолированы друг от друга и выполнены в виде плоской спирали из двух металлических полос, и закрыты сверху защитным слоем. Защитный слой выполнен из малоплотного изоляционного материала (скотч, картон).
Данный защитный слой предназначен для предотвращения срабатывания датчика от ионизированных продуктов взрыва и ударной волны. Однако такой малоплотный изоляционный материал не может защитить датчик в случае попадания поражающих элементов. В этом случае произойдет пробитие защитного слоя и выход датчика из строя.
Известен датчик (полезная модель РФ №95314, B64G 1/68, опубл. 27.06.2010), представляющий собой многослойную конструкцию (слоистую пленку) и содержащий электропроводящую обкладку (слой из токопроводящего материала) и диэлектрическую прокладку (слой из диэлектрического материала).
Данный датчик предназначен для регистрации метеороидных и техногенных частиц, воздействующих на космический аппарат, и содержит электроизоляционный теплозащитный экран в виде тонкого покрытия, например, пленки лака, расположенный перед электропроводящей обкладкой со стороны воздействия регистрируемых частиц, а также эластичный экран-бампер, расположенный перед электроизоляционным теплозащитным экраном со стороны воздействия регистрируемых частиц. Экран-бампер может быть выполнен, например, в виде многослойной пленки, натянутой и укрепленной на каркасе, установленном с зазором относительно электроизоляционного теплозащитного экрана. В описании к полезной модели приведены варианты выполнения экрана-бампера в виде набора легких эластичных чередующихся полиимидных металлизированных пленок и стекловолокнистого нетканого холста, а также в виде набора тонких фторопластовых пленок.
Такая конструкция обеспечивает существенное повышение надежности и срока функционирования датчика за счет устранения воздействия на чувствительный элемент датчика мелкодисперсной фракции метеороидов и техногенного мусора, предотвращении его быстрого разрушения этой мелкодисперсной фракцией.
Однако данная конструкция не может обеспечить защиту датчика от воздействия более крупных элементов, защиту в случае удара объекта о преграду, и, тем более, его бронезащиту в результате воздействия средств поражения, что обусловлено свойствами экрана-бампера, а именно эластичностью и малой толщиной. Кроме того, предполагается, что материал экрана-бампера натягивается и закрепляется на каркасе. То есть данный экран может быть выполнен только в виде конструкции плоской формы и, кроме того, он устанавливается с зазором относительно электроизоляционного теплозащитного экрана. Таким образом, он не может быть установлен для защиты датчиков, имеющих конфигурацию поверхности объекта, на котором они размещены, а также датчиков, расположенных в труднодоступных участках, в том числе с жесткими ограничениями по геометрическим размерам.
Известен детектор (датчик), описанный в патенте РФ №2457986, B64G 1/68, опубл. 10.08.2012, выполненный многослойным (в виде слоистой пленки), содержащий, по меньшей мере, два слоя, один из слоев выполнен из поляризованного (токопроводящего) материала, второй слой выполнен из аэрогеля (диэлектрического материала). Поляризованный материал выполнен из пьезоактивной пленки. Слои поляризованного материала и аэрогеля чередуются и образуют многослойное покрытие. Детектор выполнен в форме сферы, корпус которой состоит из двух соединенных друг с другом полусферических оболочек, на каждую из которых с наружной стороны нанесено многослойное покрытие. Наружный слой покрытия выполнен из аэрогеля и является теплоизоляционным экраном-демпфером.
Такое выполнение детектора (датчика) обеспечивает широкую номенклатуру и высокую информативность регистрируемых им параметров. Конструкция детектора является пригодной для установления на поверхностях, имеющих сложную форму, в частности, сферических.
Благодаря наличию экрана-демпфера детектор защищен от тепловых воздействий. Однако такой экран не может обеспечить бронезащиту, что обусловлено физико-механическими свойствами материала (аэрогеля), из которого он выполнен.
Все приведенные выше покрытия и экраны применяются для защиты датчиков, не предназначенных для работы в условиях воздействия значительной динамической нагрузки, возникающей при пробитии корпуса объекта средствами поражения или при ударе объекта о преграду, и не обеспечивают работоспособность таких датчиков.
Известно техническое решение, приведенное в патенте РФ №2411473, G01L 7/08, опубл. 10.02.2011, согласно которому контактный датчик выполнен в виде слоистой пленки, содержащий, по меньшей мере, два слоя, один из слоев выполнен из гибкого диэлектрического материала, второй слой из токопроводящего материала, при этом диэлектрические и токопроводящие слои собраны в пакет. Гибкий диэлектрический материал представляет собой термореактивный полимер, ламинированный с двух сторон термопластичным полимером, на котором формируют второй слой из токопроводящего элемента. Пакет из чередующихся диэлектрических и токопроводящих слоев помещен между двумя диэлектрическими слоями из термореактивного полимера, используемыми в качестве стенок корпуса, ламинированными термопластичным полимером со стороны, прилегающей к пакету. Контур датчика формируется в соответствии с конфигурацией измеряемого объекта. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.
Такое выполнение датчика обеспечивает надежное соединение его элементов и обеспечивает работу датчика в условиях высокоскоростных механических нагружений, а также возможность установки датчика на всем протяжении поверхности измеряемого объекта и в труднодоступных участках, в том числе с жесткими ограничениями по геометрическим размерам.
Однако надежность и работоспособность рассматриваемого датчика не может быть обеспечена в случае попадания в датчик поражающих элементов или при ударе о преграду. В этом случае произойдет разрушение слоев и, таким образом, выход датчика из строя. Кроме того, выход датчика из строя возможен в случае воздействия повышенной температуры.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении работоспособности и эксплуатационной надежности реакционного контактного датчика при динамических и тепловых внешних воздействиях при возможности обеспечения его установки на всем протяжении поверхности объекта, а также в труднодоступных участках, в том числе с жесткими ограничениями по геометрическим размерам.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении функций бронезащиты и теплозащиты данного датчика.
Для достижения указанного технического результата в известном контактном датчике, выполненном в виде слоистой пленки, содержащей, по меньшей мере, два слоя, один из слоев выполнен из гибкого диэлектрического материала, второй слой выполнен из токопроводящего материала, при этом слои собраны в пакет, согласно предлагаемой полезной модели, пакет помещен, по меньшей мере, в один слой органопластика, содержащего наполнитель из ткани на основе арамидных волокон и полимерное связующее в количестве 10-18% масс.
Технический результат достигается за счет механических и теплоизоляционных свойств органопластиков такого состава, а именно высокой термической стойкости, низкой теплопроводности, высокой стойкости к образованию трещин, в том числе при воздействии ударных нагрузок, в частности, высокоэнергетического высокоскоростного проникающего воздействия.
Низкое содержание связующего способствует, с одной стороны, увеличению подвижности нитей армирующего наполнителя, что приводит к увеличению баллистической стойкости органопластика, с другой - снижает плотность органопластика, что в свою очередь обеспечивает низкую теплопроводность данного материала.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих ее от прототипа, позволяет считать ее соответствующим условию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 схематично приведено расположение диэлектрических и токопроводящих слоев контактного датчика;
на фиг. 2-4 показана полосковая структура токопроводящих слоев контактного датчика.
на фиг. 5 приведен общий вид контактного датчика;
на фиг. 6 показано расположение контактного датчика в слое органопластика;
на фиг. 7 показано расположение сторон датчика и поверхностей слоев органопластика;
Контактный датчик 1 (фиг. 1) состоит из слоев 2 и 3, слой 2 выполнен из гибкого диэлектрического материала, слой 3 выполнен из токопроводящего материала, при этом диэлектрические и токопроводящие слои собраны в пакет.
В конкретном варианте изготовления контактный датчик 1 выполнен по технологии многослойных печатных плат, диэлектрический слой 2 выполнен из полиимидных пленок, токопроводящий слой 3 выполнен из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм. Пакет состоит из четырех токопроводящих слоев 3 и пяти изоляционных слоев 2, чередующихся друг с другом.
Токопроводящие слои 3 имеют полосковую структуру (фиг. 2 и фиг. 3), при этом направление полос соседних слоев 3 взаимно перпендикулярное (фиг. 4) (такая конфигурация придана для наглядности «плюсовых» и «минусовых» контактов).
Конструкция из четырех токопроводящих слоев позволяет обеспечить в одном датчике работу по двум независимым каналам, что повышает работоспособность датчика.
Контактный датчик 1 расположен в слоях 4 и 5 органопластика (фиг. 5, 6), содержащего наполнитель из ткани на основе арамидных волокон и полимерное связующее в количестве 10-18% масс.
Размещение контактного датчика 1 в слоях 4 и 5 органопластика (см. фиг. 6) осуществлялось посредством клеевого соединения путем нанесения клея на обе стороны В и Г датчика 1 и обе поверхности Д и Е слоев 4 и 5 органопластика (см. фиг. 7).
2
Был использован клей К-300-61, склеивание производилось при комнатной температуре под давлением 1 кгс/см в течение 48 ч.
В конкретном варианте изготовления использовался органопластик из ткани с саржевым переплетением арт. 86-153-04 ТУ 8378-026-0032069-2004 («Русар») с минимально возможным содержанием фенолкаучукового связующего ВК-32-200 ТУ 6-17-663-84 (10% масс).
3
Низкое содержание связующего способствует, с одной стороны, увеличению подвижности нитей армирующего наполнителя, что приводит к увеличению баллистической стойкости органопластика, с другой - снижает плотность органопластика (0,8-1,1 г/см), что в свою очередь обеспечивает теплопроводность данного материала на уровне 0,152 Вт/мК при 75°C и 0,109 Вт/мК при 250°C.
3
Кроме того, использование в качестве полимерного связующего низковязкой фенолкаучуковой композиции (10% масс.) с тканью саржевого переплетения («Русар») позволяет получать композиционный материал плотностью 1,1 г/см, прочность при разрыве которого составляет 345 МПа.
За счет использования связующего карбонизирующегося типа, данный органопластик обладает термической устойчивостью до 500°C, сохраняя при воздействии повышенных температур свои прочностные характеристики.
Контактный датчик работает следующим образом. При сквозном пробитии датчика поражающими элементами либо при динамическом воздействии происходит замыкание токопроводящих слоев 3, и сигнал поступает на следующую ступень защиты объекта намного раньше, чем произойдет повреждение объекта защиты или его разрушение.
Таким образом, обеспечивается эффективность применения органопластика, содержащего наполнитель из ткани на основе арамидных волокон и полимерное связующее в количестве 10-18% масс, для защиты предлагаемого контактного датчика от динамических и тепловых воздействий, при обеспечении его работоспособности.
Обеспечение работоспособности и надежности контактного датчика способствует защищенности объекта, на котором установлен контактный датчик, при своевременной подаче им сигнала на следующую ступень защиты в случае динамических и тепловых внешних воздействий.
Такая конструкция может найти применение на объектах, требующих защиты от ПЭ, например, от пули или осколков, или в случае удара объекта защиты о преграду. В частности, может использоваться в объектах военной техники, например в средствах инициирования, в конструкциях боеприпасов, а также в труднодоступных участках, в том числе с жесткими ограничениями по геометрическим размерам.
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявляемую полезную модель, при его осуществлении предназначено для использования в средствах инициирования;
- средство, воплощающее заявляемую полезную модель, при осуществлении способно обеспечить работоспособность и эксплуатационную надежность реакционного контактного датчика при динамических и тепловых внешних воздействиях при возможности обеспечения его установки на всем протяжении поверхности объекта, а также в труднодоступных участках, в том числе с жесткими ограничениями по геометрическим размерам;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».