НЕКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ЦЕЛИ
TARGET CONTACT-TYPE LASER TRANSDUCER

Изобретение относится к области взрывателей боеприпасов, а точнее к области неконтактных датчиков цели, реагирующих на сближение и контакт с внешними телами. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн для возможности заглубленного инициирования заряда боеприпаса, регистрирующего момент пересечения определенным сечением боеприпаса, корпуса цели при проникании, работа которого основана на анализе изменения распределения электромагнитного поля в чувствительной зоне датчика.
Существуют различные неконтактные датчики цели, они могут быть индуктивными, емкостными, оптическими, лазерными. Неконтактные датчики цели функционально состоит из чувствительного элемента и электронного блока.
Недостатками оптических и лазерных неконтактных датчиков цели является низкая механическая прочность чувствительных элементов при соударении боеприпаса с целью и поэтому не реализуется возможность заглубленного инициирования заряда боеприпаса.
Известен индуктивный датчик (патент RU №2367968 приоритет от 30.01.2008. «Индуктивный датчик» автора Гутникова А.И., МПК G01R 29/12 опубл. 20.09.2009). Изобретение может быть использовано в качестве датчика тока или датчика приближения. Индуктивный датчик содержит генератор периодических импульсов, первый резистор, первый диод, первый конденсатор, второй резистор, шину питания, n-p-n транзистор, третий резистор, четвертый резистор, резонансный LC-контур, интегрирующую RC-цепь, второй конденсатор, второй диод, операционный усилитель, выход операционного усилителя. Выход генератора периодических импульсов подключен к первому выводу первого резистора. Катод первого диода через первый конденсатор подключен к общей шине, к которой подключен первый вывод второго резистора. Эмиттер n-p-n транзистора подключен к общей шине, а коллектор - через третий резистор к шине питания. Вход операционного усилителя соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом интегрирующей RC-цепи, вход которой соединен с катодом первого диода. Анод первого диода соединен с первым выводом резонансного LC-контура и через второй конденсатор с коллектором n-р-n транзистора. База n-p-n транзистора соединена со вторым выводом первого резистора. Второй вывод резонансною LC-контура соединен через четвертый резистор с шиной питания и с анодом второго диода, катод которого подключен к общей шине. В качестве чувствительного элемента в датчике используется резонансный LC-контур реализованный на параллельно соединенных индуктивности и конденсаторе, точки объединения которых являются первым и вторым выводами резонансного LC-контура, при этом индуктивность выполнена на плоской катушке, вблизи которой размещена мишень из металла. В датчике постоянного тока с гальванической развязкой резонансный LC-контур выполнен на последовательно соединенных индуктивности и конденсаторе, который подключен к общей шине, выводы индуктивности являются первым и вторым выводами резонансного LC-контура, при этом индуктивность выполнена на пермаллоевом тороидальном сердечнике, через отверстие которого пропущен дополнительный провод для измерения тока.
Основным недостатком известного индуктивного датчика является то, что он может регистрировать приближение к только целям, изготовленным из металла.
Известен емкостной датчик цели для взрывателя (патент RU №2479826 приоритет от 07.11.2011 «Емкостной датчик цели для взрывателя» авторов Шаврин А.Г., Антииов С.И., Шанина Л.В., Токарев В.А., Котик А.В., Крюков А.В., МПК F42C 13/00, опубл. 20.04.2013). Датчик включает в себя источник питания, исполнительное устройство, соединенное схемой зашиты 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 - линейной функцией. Два изолированных электрода образуют чувствительный элемент емкостного датчика цели и выполнены в виде двух изолированных электродов (сталь-латунь), разделенных вставкой из диэлектрического пресс материала. Данный емкостной датчик пели выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками известного емкостного датчика цели являются: сложность конструктивного исполнения чувствительного элемента; для установки в требуемое сечение боеприпаса необходимо большое количество технологических операций (необходимо делать разрыв корпуса в требуемом сечении для установки вставки из диэлектрического пресс материала и второго электрода), а в некоторых случаях и невозможность установки в требуемое сечение боеприпаса: чувствительный элемент имеет большие габаритные размеры.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание неконтактного датчика цели способного регистрировать момент пересечения определенным сечением боеприпаса, корпуса цели при приближении и проникании.
Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в упрощении конструкции, повышении технологичности изготовления, расширении функциональных возможностей.
Данные технические результаты достигаются тем, что в неконтактном датчике цели, содержащем последовательно соединенные генератор сигнала, чувствительный элемент, детектор сигнала и усилитель напряжения, при этом выход источника питания подключен к входу генератора сигнала и вторым входам детектора сигнала и усилителя напряжения, новым является то, что генератор сигнала выполнен в виде генератора СВЧ сигнала, детектор сигнала - в виде детектора СВЧ сигнала, а выход усилителя напряжения является выходом неконтактного датчика цели, при этом чувствительный элемент содержит симметричную микрополосковую линию, которая выполнена в виде двух проводников, расположенных на подложке печатной платы, а расположенные с одной стороны симметричной микрополосковой линии концы проводников являются соответственно входом и выходом чувствительного элемента.
Повышение технологичности изготовления неконтактного датчика цели достигается за счет упрощения конструкции чувствительного элемента и упрощения схемотехнического решения (использование меньшего количества элементов и использование функционально законченных модулей). Расширение функциональных возможностей предлагаемого неконтактного датчика пели заключается в том, что он может регистрировать, как момент приближения к цели, так и момент проникания определенным сечением боеприпаса корпуса цели.
На фиг. 1, изображена структурная схема заявляемого неконтактного датчика цели. На фиг. 2, представлен чувствительный элемент. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны результаты измерений коэффициента связи симметричной микрополосковой линии в зависимости от материала (металл и диэлектрик соответственно), где:
А - свободное пространство;
Б - 5 см до цели;
В - 4 см до цели;
Г - 3 см до цели;
Д - 2 см до цели;
Е - 1 см до цели.
Неконтактный датчик цели (фиг. 1) содержит генератор 1 СВЧ сигнала, чувствительный элемент 2. детектор 3 СВЧ сигнала, усилитель 4 напряжения, источник питания 5.
Генератор 1 СВЧ сигнала, чувствительный элемент 2, детектор 3 СВЧ сигнала и усилитель 4 напряжения последовательно соединены. Выход источника питания 5 подключен к входу генератора 1 СВЧ сигнала и вторым входам детектор 3 СВЧ сигнала и усилитель 4 напряжения. Выход усилителя 4 напряжения является выходом неконтактного датчика цели.
Чувствительный элемент (фиг. 2) содержит симметричную микронолосковую линию, которая выполнена в виде двух проводников, расположенных на подложке печатной платы. Расположенные с одной стороны симметричной микрополосковой линии концы проводников являются соответственно входом и выходом чувствительного элемента.
Размеры симметричной микрополосковой линии выбирают из следующих условий;
- ширина каждого проводника w должна находится в пределах от 1 до 5 мм;
- расстояние между проводниками s находится в пределах от 3 до 10 мм;
- длина проводников а находится в пределах от 20 до 50 мм.
Симметричная микрополосковая линия 2 образует четырехполюсник с изменяемым коэффициентом связи между входным и выходным сигналом. Коэффициент связи зависит от наличия в зоне чувствительности материала с диэлектрической проницаемостью отличной от проницаемости воздуха ε=1).
На фиг. 3 и фиг. 4 показаны экспериментально полученные результаты измерений коэффициента связи симметричной микрополосковой линии 2 в свободном пространстве и коэффициент связи (S21) в зависимости от материала (фиг. 3 - метал, фиг. 4 - диэлектрик), находящегося над ними, и расстояния до него. Как видно из фиг. 3 и фиг. 4, что коэффициент связи симметричной микрополосковой линии 2 равен примерно минус 62,5 дБ, в случае, когда над ними нет объекта, на частоте настройки 1081 МГц. При появлении материала над ними коэффициент связи увеличивается и составляет примерно от 3 до 20 дБ, что соответствует увлечению мощности радиосигнала от 2 до 100 раз.
Неконтактный датчик цели работает следующим образом.
Предварительно симметричную микрополосковую линию устанавливают на цилиндрической образующей боеприпаса в его необходимом сечении. К выходу усилителя 4 напряжения подключают цепи задействования заряда боеприпаса или регистрирующую аппаратуру.
При включении источника питания 5. На вход чувствительного элемента 2 подается радиосигнал с выхода генератора 1 СВЧ сигнала» предварительно настроенный на рабочую частоту симметричной микрополосковой линии 2. При появлении в зоне чувствительности симметричной микрополосковой линии 2 какого либо объекта, изготовленного из любого материала с ε>1, наблюдается возрастание коэффициента связи симметричной микрополосковой линии 2, и как следствие, рост продетектированного напряжения с выхода детектора 3 СВЧ сигнала. Усилитель 4 напряжения усиливает продетектированный сигнал с выхода детектора 3 СВЧ сигнала до напряжения заданного уровня, необходимого для срабатывания цепей задействования заряда боеприпаса или регистрирующей аппаратуры, что свидетельствует о пересечении необходимым сечением боеприпаса корпуса цели.