CN103256868A

CN103256868A - 一体化触地压电引信

Info

Publication number: CN103256868A
Application number: CN2013101726514A
Authority: CN
Inventors: 张颖轩; 何勤; 鲁敏; 陈青松
Original assignee: Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd; Beijing Institute of Telemetry Technology
Current assignee: Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd; Beijing Institute of Telemetry Technology
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103256868B

Abstract

本发明涉及一体化触地压电引信，包括信号处理电路模块、信号输出组件、壳体、压电片、预紧环、惯性质量块、绝缘片、引线片、定位环、引线、压环和上盖，其中信号处理电路模块通过绝缘阻尼材料灌封于壳体内部，并置于压环上方，预紧环位于压环与惯性质量块之间，惯性质量块下方设置两个绝缘片，两个绝缘片之间设置压电片与引线片，压电片的信号通过连接在压电片正负极上的引线片引出，信号处理电路模块与引线片之间通过引线连接，信号输出组件与信号处理电路模块连接，其中信号处理电路模块包括比较器基准调整电路、比较电路、可控硅Q1和基准源，该引信有可靠性高、响应快、体积小、质量小、抗冲击能力强等特点。

Description

一体化触地压电引信

技术领域

本发明涉及一种一体化触地压电引信，属于传感器技术领域。

背景技术

引信是弹药的重要组成部分，它利用环境信息和目标信息，在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置，用于控制战斗部装药的起爆时机，使战斗部对目标充分发挥作用。引信的种类繁多，按作用方式和原理，大致可分成三大类，即触发引信、时间引信和近炸引信。其中触发引信仍然是使用最为普遍的，目前在所有武器型号中需求极为广泛。

碰击式压电引信主要由压电传感器和信号处理电路组成，它们共同构成触发装置。压电传感器一般都是由压电陶瓷和质量块构成；信号处理电路用来处理、判断和传递电信号，并保证弹头在勤务处理和飞行中的安全，碰撞目标时可靠动作。

老式分体式产品由于压电传感器和信号处理电路分别装在不同的产品中，使用较长的低噪音电缆相互连接，整套触发开关的体积和质量都较大；在生产时压电传感器、电子开关需分别测试验收后进行一配一联试，而用户也需配对使用。对于用户而言，采用分体设计，在使用上存在不便、安装步骤相对繁琐等缺点，同时分体结构存在传感器至电子开关的电缆连接环节，增加了不可靠因素，在使用中就可能因为接插件接触不良、多余物及接插件弹簧失效等问题产生故障，且即使使用了低噪音电缆连接但也同样不可避免的带入干扰的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种一体化触地压电引信，可拾取多方向触地冲击信号，该引信有可靠性高、响应快、体积小、质量小、抗冲击能力强等特点，可以应用于高可靠性要求的军用领域。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一体化触地压电引信，包括信号处理电路模块、信号输出组件、壳体、压电片、预紧环、惯性质量块、绝缘片、引线片、定位环、引线、压环和上盖，其中信号处理电路模块通过绝缘阻尼材料灌封于壳体内部，并置于压环上方，预紧环位于压环与惯性质量块之间，惯性质量块下方设置两个绝缘片，两个绝缘片之间设置压电片与引线片，其中压电片的信号通过连接在压电片正负极上的引线片引出，信号处理电路模块与引线片之间通过引线连接，信号输出组件固定安装在上盖上并与信号处理电路模块连接。

在上述一体化触地压电引信中，信号处理电路模块包括比较器基准调整电路、比较电路、可控硅Q1、基准源模块和输出电阻R9，其中比较器基准调整电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1，比较电路包括比较器和电阻R7、R8，基准源模块包括基准源、电容C1、C2，其中电阻R3与电阻R4、R5、R6中的任意一个串联，电阻R1与电阻R2串联，二极管D1与电阻R2并联，比较器的触发端与电阻R1、R2的公共端相连，比较器的基准端与电阻R3、R4、R5、R6的公共端相连，电阻R7分别与比较器的输出端、比较器的正极相连，比较器的负极接地，电阻R8分别与比较器的输出端和可控硅Q1的控制端连接，基准源与外接电源、比较器正极、可控硅Q1的输入端相连，电容C1一端与基准源的输出端相连，另一端接地，电容C2一端与基准源的外接电源相连，另一端接地，电阻R9一端与可控硅Q1的输出端相连，另一端接地。

在上述一体化触地压电引信中，当两个绝缘片之间设置的压电片的数目n为2个时，引线片为一个单引线片与一个双引线片，当两个绝缘片之间设置的压电片的数目n为大于2的偶数时，引线片为n-1个双引线片。

在上述一体化触地压电引信中，信号输出组件采用同轴电缆，并采用灌封的方式固定在上盖上。

在上述一体化触地压电引信中，压电片、预紧环、惯性质量块、绝缘片、引线片、定位环、引线和压环同轴安装在壳体内，构成压电传感器，采用了圆周压缩结构。

在上述一体化触地压电引信中，预紧环下半部为内凹球面结构，惯性质量块上半部为与预紧环相配合的外凸球面结构，可感受多个方向的触地冲击信号。

在上述一体化触地压电引信中，惯性质量块采用比重大于等于17.4g/cm3的合金。

在上述一体化触地压电引信中，预紧环、压环与壳体之间通过螺纹安装。

在上述一体化触地压电引信中，绝缘阻尼材料为硅橡胶，压电片为压电陶瓷片。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）、本发明对压电引信结构进行了创新性设计，将压电传感器和触发电路做成一体，大大减小了整体的体积与质量，同时由于去掉了压电引信和触发电路之间的连接电缆，消除了由于电缆带来的各种干扰并大幅降低了电荷损耗；

（2）、本发明对压电引信结构的触发电路进行了全新设计，采用由包括比较器基准调整电路、比较电路、可控硅Q1、基准源组成的电路结构，由于采用了温度性能较好的比较器代替可控硅作为触发元件，大大减小了由于压电陶瓷片输出的温度漂移问题带来的调试工作；

（3）、本发明压电引信结构由于采用绝缘阻尼材料灌封式结构，从而解决了压电引信在受到大能量冲击时的电路保护问题，并且采用周边压缩结构，使本发明在100000g的冲击条件下仍可正常工作；

（4）、本发明压电引信结构中预紧环下半部为内凹球面结构，惯性质量上半部为与预紧环相配合的外凸球面结构，可感受垂直压电引信主轴方向的冲击信号，在触地夹角达±70度时依然能正常触发；

（5）、本发明压电引信结构采用一体式设计，产品具有结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、响应时间快、抗冲击能力强、安装使用方便等特点，可在10万个g的触地冲击下正常触发，广泛应用于军事领域。

附图说明

图1为本发明一体化压电引信结构剖面图；

图2为本发明一体化压电引信中信号处理电路模块结构示意图；

图3为本发明一体化压电引信中信号处理电路模块的电路原理图；

图4a为本发明一体化压电引信中压电片与引线片安装关系示意图1（压电片数目为2）；

图4b为本发明一体化压电引信中压电片与引线片安装关系示意图2（压电片数目为4）；

图4c为本发明一体化压电引信中压电片与引线片安装关系示意图3（压电片数目为6）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示为本发明一体化压电引信结构剖面图，本发明的抗高冲击的一体化触地压电引信包括信号处理电路模块1、信号输出组件2、壳体3、压电片4、预紧环5、惯性质量块6、绝缘片7、引线片8、定位环9、引线10、压环11和上盖12，其中压电片4为压电陶瓷片。

信号处理电路模块1通过绝缘阻尼材料灌封于壳体3内部，置于压环11上方，绝缘阻尼材料可以选用硅橡胶。预紧环5位于压环11与惯性质量块6之间，预紧环5下半部为内凹球面结构，惯性质量6上半部为与预紧环5相匹配的外凸球面结构，可感受多个方向的触地冲击信号，惯性质量6采用比重大于等于17.4g/cm³的高比重合金，具有较高的灵敏度。预紧环5、压环11与壳体3之间均通过螺纹连接安装。

如图1所示，惯性质量块6下方设置两个绝缘片7，两个绝缘片7之间设置压电片4与引线片8，其中压电片4的信号通过连接在压电片4正负极上的引线片8引出，信号处理电路模块1与引线片8之间通过引线10连接。当两个绝缘片7之间设置的压电片4的数目n为2个时，引线片8为一个单引线片与一个双引线片，如图4a所示（图4a为图1的局部放大图），其中单引线片为有一个连接端的引线片，双引线片为有两个连接端的引线片，即U型引线片。当两个绝缘片7之间设置的压电片4的数目n为大于2的偶数时，引线片8为双引线片，且引线片8的数量为n-1，例如当压电片4的数目为4个时，有3个U型双引线片，如图4b所示；当压电片4的数目为6个时，有5个U型双引线片，如图4c所示。图4给出了本发明一体化压电引信中压电片4的数目为2、4、6时压电片与引线片安装关系示意图。

此外信号输出组件2采用同轴电缆，并采用灌封的方式固定安装在上盖12上，同时信号输出组件2与信号处理电路模块1连接。

压电陶瓷片4、预紧环5、惯性质量6、绝缘片7、引线片8、定位环9、引线10和压环11同轴安装在壳体3内，组成压电传感器，采用周边压缩结构。其功能是将着角碰触目标的信息快速地转化为电信号，传输给信号处理电路模块1。惯性质量块6、压电陶瓷片4、壳体3和预紧环5组成一个弹簧质量***，在一定范围内惯性质量块6加速度近似等于被测振动冲击加速度，压电陶瓷片4受惯性质量块6惯性力作用产生应变，进而由压电陶瓷片4产生相应的电荷信号输出。定位环9是压电陶瓷片4的定位装置，其作用是对压电陶瓷片4进行支撑和定位；预紧环5与传感器壳体3采用螺纹连接，给惯性质量块6和压电陶瓷片4施加压力，使压电陶瓷片4始终处于受压状态，预紧环5的拧紧力矩根据材料的屈服强度而定，尽可能大；惯性质量块6采用高比重合金；压环11与传感器壳体3采用螺纹连接，固定在预紧环5上，用于防松；引线片8为金属材质，贴装在压电陶瓷片4两侧，每个引线片8上均焊有导线10，其功能是将压电陶瓷片4产生的电荷信号发送至信号处理电路模块1中；绝缘片7分别装配在引线片8和压电陶瓷片4外侧，其功能是将压电陶瓷片4产生的电荷信号和其他金属零件等隔离开，防止电荷信号泄露。传感器壳体3采用金属材料整体铣成，保证机械强度和电磁兼容性。

如图2所示为本发明一体化压电引信中信号处理电路模块结构示意图，信号处理电路1主要由比较器基准调整电路、比较电路、可控硅Q1、基准源和输出电阻R9组成。而其功能是把传感器输入的各种信息进行处理、判断并快速产生引爆信号。其中基准调整电路的作用是，将基准源的电压信号分压后提供给比较器一个稳定的基准电平，并用此电平作为开关是否触发的判据；比较电路的作用是，给温度性能较差的可控硅提供触发信号；可控硅Q1的作用是，感受到触发信号后保持导通状态，将基准源提供的引爆信号持续发送到下一级***；基准源的作用是，为所有元器件提供稳定的电平。输出电阻R9产生输出信号分压。

如图3所示为本发明一体化压电引信中信号处理电路模块的电路原理图，由图可知，比较器基准调整电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1，比较电路包括比较器和电阻R7、R8，基准源模块包括基准源、电容C1、C2，其中电阻R3与电阻R4、R5、R6中的任意一个串联，电阻R1与电阻R2串联，二极管D1与电阻R2并联，比较器的触发端与电阻R1、R2的公共端相连，比较器的基准端与电阻R3、R4、R5、R6的公共端相连，电阻R7分别与比较器的输出端、比较器的正极相连，比较器的负极接地，电阻R8分别与比较器的输出端和可控硅Q1的控制端连接，基准源与外接电源、比较器正极、可控硅Q1的输入端相连，电容C1一端与基准源的输出端相连，另一端接地，电容C2一端与基准源的外接电源相连，另一端接地，电阻R9一端与可控硅Q1的输出端相连，另一端接地。

本发明压电引信结构采用一体式设计，产品具有结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、响应时间快、抗冲击能力强、安装使用方便等特点，可在10万个g的触地冲击下正常触发，广泛应用于军事领域。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一体化触地压电引信，其特征在于：包括信号处理电路模块（1）、信号输出组件（2）、壳体（3）、压电片（4）、预紧环（5）、惯性质量块（6）、绝缘片（7）、引线片（8）、定位环（9）、引线（10）、压环（11）和上盖（12），其中信号处理电路模块（1）通过绝缘阻尼材料灌封于壳体（3）内部，并置于压环（11）上方，预紧环（5）位于压环（11）与惯性质量块（6）之间，惯性质量块（6）下方设置两个绝缘片（7），两个绝缘片（7）之间设置压电片（4）与引线片（8），其中压电片（4）的信号通过连接在压电片（4）正负极上的引线片（8）引出，信号处理电路模块（1）与引线片（8）之间通过引线（10）连接，信号输出组件（2）固定安装在上盖（12）上并与信号处理电路模块（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述信号处理电路模块（1）包括比较器基准调整电路、比较电路、可控硅Q1、基准源模块和输出电阻R9，其中比较器基准调整电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1，比较电路包括比较器和电阻R7、R8，基准源模块包括基准源、电容C1、C2，其中电阻R3与电阻R4、R5、R6中的任意一个串联，电阻R1与电阻R2串联，二极管D1与电阻R2并联，比较器的触发端与电阻R1、R2的公共端相连，比较器的基准端与电阻R3、R4、R5、R6的公共端相连，电阻R7分别与比较器的输出端、比较器的正极相连，比较器的负极接地，电阻R8分别与比较器的输出端和可控硅Q1的控制端连接，基准源与外接电源、比较器正极、可控硅Q1的输入端相连，电容C1一端与基准源的输出端相连，另一端接地，电容C2一端与基准源的外接电源相连，另一端接地，电阻R9一端与可控硅Q1的输出端相连，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：当两个绝缘片（7）之间设置的压电片（4）的数目n为2个时，引线片（8）为一个单引线片与一个双引线片，当两个绝缘片（7）之间设置的压电片（4）的数目n为大于2的偶数时，引线片（8）为n-1个双引线片。

4.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述信号输出组件（2）采用同轴电缆，并采用灌封的方式固定在上盖（12）上。

5.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述压电片（4）、预紧环（5）、惯性质量块（6）、绝缘片（7）、引线片（8）、定位环（9）、引线（10）和压环（11）同轴安装在壳体（3）内，构成压电传感器，采用了圆周压缩结构。

6.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述预紧环（5）下半部为内凹球面结构，惯性质量块（6）上半部为与预紧环（5）相配合的外凸球面结构，可感受多个方向的触地冲击信号。

7.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述惯性质量块（6）采用比重大于等于17.4g/cm3的合金。

8.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述预紧环（5）、压环（11）与壳体（3）之间通过螺纹安装。

9.根据权利要求1所述的一体化触地压电引信，其特征在于：所述绝缘阻尼材料为硅橡胶，所述压电片（4）为压电陶瓷片。