ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ЦЕЛИ ДЛЯ ВЗРЫВАТЕЛЯ
CAPACITIVE TARGET SENSOR FOR FUSE

Изобретение относится к конструкции емкостных датчиков цели, используемых во взрывателях боеприпасов, реагирующих на сближение и контакт с внешними телами.
Из предшествующего уровня техники известна конструкция емкостного датчика цели для взрывателя боеприпаса, срабатывающего при сближении с целью и 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.).
Известная конструкция является относительно сложной, чувствительной к кратковременным помехам.
Известна другая конструкция емкостного датчика цели для взрывателя по патенту RU 2415376 (публик. 27.03.2011), в котором изменение емкости между электродами является следствием изменения диэлектрической проницаемости окружающей среды. Датчик включает источник питания, схему зашиты от несанкционированного срабатывания, соединенную с источником питания и содержащую RC-цепочку, два изолированных электрода, которые вместе с генератором прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся в зависимости от величины емкости между электродами частотой входят в схему, чувствительную к изменению емкости между электродами, которая соединена со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, последняя соединена с компаратором. При этом компаратор, в свою очередь, соединен с исполнительным устройством, а в схему детектирования сигнала включен частотный детектор, выход которого подключен к компаратору через усилитель напряжения низкочастотного выходного сигнала, в состав которого входит узкополосный 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
Недостатком этого датчика является повышенная чувствительность к мелким предметам, которые не являются целью в ближней зоне чувствительности (расстояние от 0 до 1 см до цеди), что снижает его помехозащищенность, кроме того в дальней зоне (расстояние от 1 до 3,5 см до цели) проявляется пониженная чувствительность к цели. Кроме того, недостаточная защита от воздействия электромагнитных полей (ЭМП) накладывает ограничения на условия хранения, транспортировки и применения при воздействии ЭМП искусственного и естественного происхождения.
Известна еще одна конструкция емкостного датчика цели для взрывателя по патенту RU 2479826 (публик. 20.04.2013), которая выбрана в качестве прототипа. Датчик включает источник питания, исполнительное устройство, соединенное со схемой защиты от несанкционированного срабатывания, подключенной к источнику питания, два изолированных электрода, соединенных с генератором переменного напряжения с изменяющейся частотой, который подключен к частотному детектору, соединенному с компаратором через комбинацию усилителей напряжения: сначала - с логарифмирующей, затем - с линейной функцией. Такая конструкция обеспечивает повышение помехозащищенности датчика к мелким предметам в ближней зоне чувствительности (расстояние 0-1,5 см до цели) и повышение чувствительности в дальней зоне (расстояние 1,5-4 см до цели), а также упрощение и удешевление конструкции.
Недостатком прототипа является то. что имеет место недостаточное развязывание напряжения питания от элементов схемы, что приводит к нестабильности работы и самопроизвольному срабатыванию взрывателя.
Техническим результатом заявляемого.изобретения является повышение помехозащищенности устройства.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в схеме емкостного датчика цели для взрывателя, включающего исполнительное устройство, соединенное со схемой защиты от несанкционированного срабатывания, подключенной к источнику питания, два изолированных электрода, соединенных с генератором переменного напряжения с изменяющейся частотой, который подключен к частотному детектору, который через комбинацию усилителей напряжения с логарифмирующей и линейной функцией соединен с компаратором, новым является то, что дополнительно содержит фильтры высоких и низких частот, подключенные следующим образом: выход частотного детектора параллельно подключен к двум полосовым фильтрам высоких и низких частот, при этом фильтр низких частот подключен через резистивный делитель к усилителю напряжения с логарифмирующей функцией, а через другой резистивный делитель - к источнику питания, а фильтр высоких частот включен в обратную связь усилителя напряжения с логарифмирующей функцией, последний, в свою очередь, также, как и усилитель напряжения с линейной функцией подключен к дополнительным фильтрам высоких и низких частот аналогично подключению частотного детектора к вышеописанным фильтрам.
Новые признаки позволяют обеспечить стабильность работы и повышенную помехозащищенность путем более качественного выделения полезного сигнала на фоне помех и исключения синфазной помехи от источника питания.
На фиг. представлена структурная схема заявляемого емкостного датчика цели, где: 1 - схема, чувствительная к изменению входной емкости, 2 - схема детектирования сигнала, 3 - логарифмирующий усилитель, 4 - линейный усилитель, 5 - компаратор, 6 - схема защиты от несанкционированного срабатывания емкостного датчика при включении питания. 7 - исполнительное устройство, 8 - источник питания, 9, 9', 9'' - фильтры высоких частот, 10, 10', 10'' - фильтры низких частот.
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, включающая 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. Частотный детектор через комбинацию усилителей напряжения с логарифмирующей и линейной функцией соединен с компаратором. Это соединение осуществлено следующим образом. Выход частотного детектора параллельно подключен к двум полосовым фильтрам высоких и низких частот, при этом фильтр низших частот подключен через резистивный делитель к усилителю напряжения низкочастотного сигнала с логарифмирующей функцией, а через другой резистивный делитель - к источнику питания, а фильтр высоких частот включен в обратную связь усилителя напряжения с логарифмирующей функцией, который в свою очередь, так же, как и фильтр с линейной функцией подключен к дополнительным фильтрам высоких и низких частот аналогично подключению частотного детектора к соответствующим фильтрам. Усилитель напряжения низкочастотного сигнала с логарифмирующей функцией выполнен на операционном усилителе и двух диодах. После комбинации усилителей и фильтров 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 8 и достижении напряжения более 0,7 В, начинает работать схема защиты от несанкционированного срабатывания 6, 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 6 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 два параллельно подключенных фильтра -высоких частот 9 и низких частот 10. Сигнал с фильтра высоких частот 9 подавляется, а сигнал с фильтра низких частот 10 через резистивный делитель поступает на усилитель напряжения низкочастотного сигнала с логарифмирующей функцией 3, при этом подключение фильтра низких частот 10 через другой резистивный делитель - к источнику питания 8 позволяет исключить синфазную помеху от источника питания 8. Поскольку характеристика входного сигнала является показательной функцией, то после прохождения через усилитель с логарифмирующей функцией 3 происходит спрямление выходного сигнала. Сигнал с логарифмирующего усилителя 3 скорректирован по отношению к выходному сигналу частотного детектора в соответствии с переходной характеристикой логарифмирующего усилителя и поступает на два параллельно подключенных дополнительных фильтра - высоких частот 9' и низких частот 10'. Сигналы с фильтра высоких частот 10' подавляются. Сигнал с дополнительного фильтра Низких Частот 10' через резистивный делитель этого фильтра поступает на усилитель напряжения с линейной функцией 4, где дополнительно усиливается и поступает на фильтры высоких частот 9'' и низких частот 10'', а далее - на один из входов компаратора 5, при этом сигналы с фильтра высоких частот 10'' подавляются. На второй вход компаратора 5 подается опорное напряжение (с которым сравнивают). При превышении сигнала с выхода усилителя 3 опорного напряжения происходит срабатывание компаратора 5 и исполнительного устройства 7, в результате чего происходит формирование импульса подрыва. Прохождение сигнала через три комбинации фильтров позволяет обеспечить более качественное выделение полезного сигнала на фоне помех.