ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ЦЕЛИ ДЛЯ ВЗРЫВАТЕЛЯ
TARGET CAPACITIVE TRANSDUCER FOR FUSE

Изобретение относится к конструкции емкостных датчиков цели, используемых во взрывателях боеприпасов, реагирующих на сближение и контакт с внешними телами, а конкретно к конструкции датчиков, имеющих два изолированных электрода, образующих входную емкость.
Задачей, на решение которой направлено данное заявляемое изобретение, является повышение надежности работы и устойчивости датчика к внешним атмосферным воздействиям (всепогодность) и воздействию электромагнитного излучения (помехозащищенность).
Известна конструкция емкостного датчика цели для взрывателя боеприпаса, срабатывающего при сближении с целью, содержащего два изолированных электрода, схему, чувствительную к изменению емкости между электродами, схему защиты от несанкционированного срабатывания при включении питания до выхода на рабочий режим, компаратор, исполнительное устройство, контур обратной связи с заданной постоянной времени (см. патент DE 2845236, 1978 г.).
Данная конструкция является относительно сложной, чувствительной к кратковременным помехам, имеет контур обратной связи, размыкающейся при достижении датчиком рабочего режима, что снижает устойчивость конструкции.
Наиболее близкой конструкцией по количеству сходных признаков и заявляемому техническому результату к заявляемой является конструкция емкостного датчика цели для взрывателя боеприпаса, реагирующего на сближение и контакт с внешними телами путем изменения емкости между электродами датчика цели за счет добавления к ней емкости окружающей среды (см. патент RU 2109248, 20.04.1998 г.). Данная конструкция принята за прототип и содержит источник питания, схему защиты от несанкционированного срабатывания, соединенную с источником питания и содержащую RC-цепочку, два изолированных электрода, которые вместе с импульсным генератором переменного напряжения входят в схему, чувствительную к изменению емкости между электродами и соединенную со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, последняя соединена с компаратором, который, в свою очередь, соединен с исполнительным устройством, контур обратной связи с заданной постоянной времени. Схема защиты от несанкционированного срабатывания задействуется при включении питания до выхода на рабочий режим. В качестве импульсного генератора переменного напряжения использован генератор импульсов с изменяющейся в зависимости от величины емкости между электродами амплитудой. Входная емкость шунтирована ключом импульсного генератора и подключена через резистор к выходу усилителя напряжения обратной связи и к выходу компаратора напряжения. Выход компаратора подключен к одному из резисторов двухвходовой интегрирующей RRC-цепочки, вторым резистором подключенной к источнику питания. Конденсатор RRC-цепочки соединен с входом порогового элемента и входом усилителя через инерционное звено RC-цепочки, конденсатор которой одним выводом соединен с источником питания. Выход порогового элемента подключен к исполнительному устройству.
Недостатком прототипа является нечувствительность датчика к изменению выходной емкости при скоростях боеприпаса до 1 км/с, недостаточная помехозащищенность (амплитудная модуляция подвержена электромагнитным возмущениям), отсутствует защита от несанкционированного срабатывания при включении питания после выхода на рабочий режим и при снижении питания ниже допустимого уровня, недостаточная устойчивость за счет включения в конструкцию обратной связи и аналоговых элементов в схеме, чувствительной к изменению емкости.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей (реализована разрешающая способность датчика при скоростях до 1 км/с), повышение устойчивости (способность схемы сохранять исходное состояние) до подхода к цели, т.е. обеспечение защиты от несанкционированного срабатывания при включении питания при изменении напряжения по случайному (произвольному) закону и повышение помехозащищенности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном емкостном датчике цели для взрывателя, включающем источник питания, схему защиты от несанкционированного срабатывания, соединенную с источником питания и содержащую RC-цепочку, два изолированных электрода, которые вместе с импульсным генератором переменного напряжения входят в схему, чувствительную к изменению емкости между электродами и соединенную со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, последняя соединена с компаратором, который, в свою очередь, соединен с исполнительным устройством, в качестве импульсного генератора использован генератор прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся в зависимости от величины емкости между электродами частотой, а в схему детектирования сигнала, выходящего с импульсного генератора, включен частотный детектор, выход которого подключен к компаратору через усилитель напряжения низкочастотного выходного сигнала, в состав которого входит полосовой фильтр, при этом исполнительное устройство соединено со схемой защиты от несанкционированного срабатывания, в которой RC-цепочка выполнена в виде интегрирующего звена и в которую входит, по крайней мере, один блокирующий транзисторный ключ.
Использование в схеме, чувствительной к изменению емкости между электродами, генератора прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся в зависимости от изменения емкости между электродами частотой, приводит к увеличению помехозащищенности конструкции от электромагнитных возмущений, т.к. частотная модуляция наименее подвержена помехам. А за счет того что в конструкцию данного генератора входят цифровые логические элементы, повышается устойчивость датчика и повышается его быстродействие, что, в конечном итоге, позволяет обнаружить цель при скоростях до 1 км/с, в результате чего расширяются функциональные возможности датчика.
Применение частотного детектора в схеме детектирования сигнала, выходящего с импульсного генератора, оказывает влияние на достижение вышеуказанного технического результата, т.к. он выполнен на цифровых логических элементах, в частности одновибраторе, обладающем высокой помехозащищенностью по питанию.
Применение усилителя напряжения низкочастотного выходного сигнала с полосовым фильтром позволяет повысить чувствительность к изменению входной емкости в соответствии с изменением диэлектрической проницаемости среды на скоростях до 1 км/с, что приводит к расширению функциональных возможностей. Полосовой фильтр состоит из RC-фильтров, что приводит к повышению помехозащищенности и устойчивости.
Соединение исполнительного устройства со схемой защиты от несанкционированного срабатывания, в которой RC-цепочка выполнена в виде интегрирующего звена и в которую входит, по крайней мере, один транзисторный ключ, позволяет автоматически обеспечить несрабатывания взрывателя на участке выхода электрической схемы датчика на режим и при изменении по случайному закону уровня питания ниже критического, что обеспечивает помехозащищенность схемы, ее устойчивость на полете и, следовательно, расширяет функциональные возможности датчика (обеспечивает всепогодность).
Датчик автоматически сохраняет исходное состояние, чувствительное к изменению емкости между электродами, без применения в конструкции схемы обратной связи (применение которой в прототипе приводит к снижению устойчивости). Изменение емкости между электродами датчика цели является следствием изменения диэлектрической проницаемости окружающей среды (в отличие от прототипа, где емкость между электродами изменяется за счет добавления к ней емкости окружающих предметов).
На чертеже изображена структурная схема заявляемого емкостного датчика, где 1 - схема, чувствительная к изменению входной емкости, 2 - схема детектирования сигнала, 3 - усилитель напряжения низкочастотного сигнала, 4 - компаратор, 5 - схема защиты от несанкционированного срабатывания датчика при включении питания, 6 - исполнительное устройство, 7 - источник питания.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства служит емкостной датчик цели для взрывателя, в качестве источника питания которого использован литиевый источник тока, который соединен со схемой защиты емкостного датчика цели от несанкционированного срабатывания, включающий в себя RC-цепочку, выполненную в виде интегрирующего звена и в которую входят два блокирующих транзисторных ключа. Схема, чувствительная к изменению емкости между электродами, включает импульсный генератор прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся частотой, которая зависит от диэлектрической проницаемости объектов, находящихся в чувствительной зоне датчика, два изолированных электрода (сталь-латунь), разделенных вставкой из диэлектрического пресс-материала. Схема, чувствительная к изменению емкости между электродами, соединена со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, в которую включен частотный детектор, представляющий собой одновибратор с фиксированной длительностью импульсов и частотой следования, равной частоте работы импульсного генератора. Одновибратор выполнен на логических элементах и элементах R, С. Выход частотного детектора подключен к усилителю напряжения низкочастотного выходного сигнала, выполненному на операционных усилителях и элементах R, C. На входах усилителей стоят дифференцирующие RC-цепочки, а на выходах - интегрирующие RC-цепочки. Совместно данные цепочки образуют узкополосный полосовой фильтр. После усилителя сигнал передается на интегральный компаратор. Исполнительное устройство соединено со схемой защиты от несанкционированного срабатывания и представляет собой формирователь импульса подрыва взрывателя, выполненный в виде одновибратора, который формирует импульс определенной длительности и полярности.
Работа устройства заключается в следующем.
При включении источника питания 7 и достижении напряжения более 0,7 В начинает работать схема защиты от несанкционированного срабатывания 5, которая блокирует огневую цепь до тех пор, пока напряжение питания не достигнет своего номинального значения и все узлы устройства не установятся в исходное состояние. Схема защиты 5 блокирует также все устройство на время, необходимое для удаления боеприпаса на безопасное расстояние от орудия. На полете до встречи с целью исходное состояние узлов датчика сохраняется.
При попадании в зону чувствительности датчика предметов с диэлектрической проницаемостью среды (ε), отличной от диэлектрической проницаемости среды зоны чувствительности, меняется входная емкость датчика. Это вызывает изменение частоты импульсного генератора схемы, чувствительной к изменению входной емкости 1. Сигнал с генератора поступает на одновибратор частотного детектора схемы детектирования сигнала 2, меняя скважность его выходного сигнала в соответствии с изменением частоты. На выходе схемы детектирования сигнала 2 появляется низкочастотный сигнал, характеризующий объект (цель). С выхода схемы детектирования 2 сигнал поступает на усилитель напряжения низкочастотного выходного сигнала 3, в состав которого входит полосовой фильтр, рассчитанный на определенный диапазон скоростей боеприпаса. Полосовой фильтр не пропускает медленно, но существенно изменяющиеся сигналы при прохождении боеприпаса через аэрозольные атмосферные образования большой протяженности (дождь, град, снег) и подавляет высокочастотную составляющую сигнала, связанную с появлением в зоне чувствительности мелких объектов, не являющихся целью (например, тонкие ветки, листья и т.п.).
Сигнал с усилителя 3 поступает на один из входов компаратора 4. На второй вход компаратора 4 подается опорное напряжение (с которым сравнивают). При превышении сигнала с выхода усилителя 3 опорного напряжения происходит срабатывание компаратора 4 и исполнительного устройства 6, в результате чего происходит формирование импульса подрыва.
Таким образом, заявляемый датчик цели обеспечивает высокую разрешающую способность на скоростях до 1,5 км/с, всепогодность, повышенную надежность работы и повышенную помехоустойчивость при относительной простоте конструкции и малой стоимости.