基於MEMS技術的智能觸發引信的製作方法

2023-07-20 20:41:22 1

本發明涉及彈箭觸發引信技術領域，特別涉及一種基於mems技術的智能觸發引信。

背景技術：

觸發引信是彈箭敏感碰撞過程並給出動作信號的器件，對彈箭毀傷效果具有重要意義。目前觸發引信基於機械式慣性測量原理，利用彈簧或者磁鐵暫時固定質量塊，當引信受到撞擊時，質量塊發生移位，輸出起爆信號。

機械式觸發引信的觸發判斷條件比較單一，只能判斷一個方向的撞擊強度是否達到預設值。這種引信的觸發判斷條件不能設置為其它條件，比如撞擊角度等條件。機械式引信的觸發判斷條件的閾值在出廠時設定。如果要修改閾值，必須拆解引信、更換零件。機械引信不方便修改觸發判斷條件的閾值，對於不同目標沒有針對性。閾值過大時，有可能在擊中較軟目標時未引爆；閾值過小時，有可能被意外擾動引爆。機械式引信在一次撞擊後就會觸發。對於需要穿牆使用的彈藥，需要引信可以在多次撞擊次數後觸發，機械引信不能滿足這類需求。機械式觸發引信技術陳舊、功能單一、測量精度低，無法適應彈箭對高性能、智能化觸發引信的要求。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在於提出一種基於mems技術的智能觸發引信，可以克服傳統機械式觸發引信的諸多缺點。

為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種基於mems技術的智能觸發引信，包括：mems加速度計，用於獲取碰撞時生成反映加速度信息的電信號；模數轉換模塊，用於將所述電信號轉變為數位訊號；信號處理模塊，用於將所述數位訊號進行處理得到特徵信息，並判斷特徵信息是否滿足預設引爆條件；起爆控制模塊，用於在滿足所述預設引爆條件時控制引爆裝置進行引爆；抗掉電電路，用於在通電時進行充電，並在斷電時為所述mems加速度計、所述模數轉換模塊、所述信號處理模塊和所述起爆控制模塊進行供電。

進一步地，所述mems加速度計用於採集碰撞時的單敏感軸信息、雙敏感軸信息或三敏感軸信息，其中，所述雙敏感軸信息的兩個敏感軸相互正交，所述三敏感軸信息的三個敏感軸相互正交。

進一步地，所述mems加速度計的敏感軸量程大於500g，至少一個敏感軸帶寬大於1000hz。

進一步地，還包括：誤差補償模塊，用於修正所述mems加速計的零偏誤差和非線性誤差，其中，所述抗掉電電路還用於在斷電時為所述誤差補償模塊進行供電。

進一步地，所述信號處理模塊進一步用於對所述數位訊號進行積分運算得到積分值，並對所述積分值進行矢量合成或加權合成得到所述特徵信息。

根據本發明實施例的基於mems技術的智能觸發引信，以mems加速度計為敏感單元的智能觸發引信，可實現多軸集成、閾值設定等功能，能夠克服傳統機械式觸發引信的諸多缺點。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發明實施例的基於mems技術的智能觸發引信的結構框圖；

圖2是本發明一個實施例的對三敏感軸信息進行處理的過程示意圖。

圖3是本發明一個實施例的抗掉電電路的在電路中進行設置的電路示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的範圍不受此限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。

以下結合附圖描述本發明。

圖1是本發明實施例的基於mems技術的智能觸發引信的結構框圖。如圖1所示，根據本發明實施例的基於mems技術的智能觸發引信，包括mems加速度計100、模數轉換模塊200、信號處理模塊300、起爆控制模塊400和抗掉電電路500。

其中，mems加速度計100用於獲取碰撞時生成反映加速度信息的電信號。模數轉換模塊200用於將電信號轉變為數位訊號。信號處理模塊300用於將所述數位訊號進行處理得到特徵信息，並判斷特徵信息是否滿足預設引爆條件。起爆控制模塊400用於在滿足所述預設引爆條件時控制引爆裝置進行引爆。抗掉電電路500用於在通電時進行充電，並在斷電時為所述mems加速度計、所述模數轉換模塊、所述信號處理模塊和所述起爆控制模塊進行供電。

在本發明的一個實施例中，mems加速度計用於採集碰撞時的單敏感軸信息、雙敏感軸信息或三敏感軸信息。其中，雙敏感軸信息的兩個敏感軸相互正交，三敏感軸信息的三個敏感軸相互正交。通過不同的採樣方式，可以獲得不同的方向的加速度信息，以便在滿足不同的預設引爆條件時，控制引爆裝置進行引爆，從而實現彈箭在多種不同的觸發情況下的引爆。mems加速度計的敏感軸量程大於500個重力加速度(500g)，至少有一個敏感軸帶寬大於1000hz。

圖2是本發明的一個實施例，對三軸的加速度信息進行處理。採用三軸正交的mems加速度計，包括x軸加速度計、y軸加速度計、z軸加速度計。z軸加速度計安裝在彈箭的軸向，x和y敏感軸垂直彈箭的軸向。加速度計的信號進入單片機。

加速度計的信息經過模數轉換模塊200進入信號處理模塊300(圖2中誤差補償到邏輯判斷之間的步驟)。

在本發明的一個實施例中，基於mems技術的智能觸發引信的信號處理模塊300還包括誤差補償模塊。差補償模塊用於修正mems加速計的零偏誤差和比例係數誤差，從而提升引爆觸發判斷的準確性。

下面舉例說明誤差補償模塊一種可行的工作方式。加速度計輸出電壓信號，電壓與加速度大小關係為：

ui＝b+kai

其中，ai為不同時刻的加速度，ui為不同時刻加速度計的輸出電壓，b和k為常數。模數轉換後，數據為ui。誤差補償模塊計算公式為

ai＝(ui-b)/k

在本發明的一個實施例中，信號處理模塊300進一步用於對數位訊號進行積分運算得到積分值，並對積分值進行矢量合成或加權合成得到特徵信息。

具體地，將表示加速度的數位訊號在有限長度的存儲隊列中存儲，通過積分器計算得到積分，積分後的結果表示引信在一段時間內的速度變化量。

設存儲隊列長度為n。不同時刻的加速度數據存入存儲隊列。積分器的輸出為：

該數值被特徵計算模塊使用。

一個實施例中，模數轉換的採樣頻率為67khz。存儲隊列的長度為n＝40。3個積分器分別輸出加速度的積分：

在圖2的實施例中，基於信號處理模塊300中誤差補償模塊、存儲隊列、積分器的排列順序是可以改變的。一種可行的順序是：誤差補償模塊301、存儲隊列302、積分器。另一種可行的順序是：存儲隊列、積分器、誤差補償模塊。

第一種順序的計算公式已經在上文列出。第二種順序的計算公式為：

模數轉換後，數據為ui，直接存入存儲隊列。積分後，積分器輸出為：

誤差補償模塊在積分器之後工作，誤差補償模塊的計算公式為：

y＝(s-nb)/k

誤差補償模塊輸出為

由以上算例可見，基於mems技術的智能觸發引信中，信號處理模塊300中，誤差補償模塊、存儲隊列、積分器的排列順序是可以改變的。

可以根據速度變化量提取撞擊過程的特徵，比如撞擊的持續時間、目標的軟硬。在使用多軸加速度計的時候，特徵計算也可以提取撞擊的角度、多軸速度變化量的矢量和、速度變化量的加權和等特徵。

在圖2的實施例中，計算加速度的矢量和以及矢量角度作為撞擊過程特徵。矢量和特徵的計算公式為

矢量角度特徵的計算公式為

參數存儲模塊記錄了閾值p1和閾值p2。邏輯判斷模塊根據碰撞過程特徵和閾值決定是否起爆。如果滿足條件：

r1>p1

|r2|<p2

則邏輯判斷模塊向起爆控制模塊400發出觸發信號。這個邏輯判斷的含義是電子引信感受到了一個較強的衝擊，而且衝擊方向在彈箭軸向附近，這意味著彈箭撞擊到了目標。起爆控制模塊400在收到邏輯判斷模塊的信號後引爆彈箭。

基於mems技術的智能觸發引信還包括抗掉電電路。圖3是抗掉電電路的一個實施例。電源通過二極體給電容充電，然後電容為引信的其它模塊供電。在較大衝擊中，彈箭的供電可能波動甚至中斷。如果電源短時間斷電，電容存儲的電荷仍然可以維持供電。

在本發明的一個實施例中，基於mems技術的智能觸發引信可以由多個電路單元分別的實現的，也可以在一個電子元件中實現多個模塊。

單片機具有模數轉換、通信、計算、存儲等功能，所以可以把模數轉換、誤差補償、存儲隊列、積分器、特徵計算、通信接口、參數存儲、邏輯判斷模塊放在一個單片機中。

fpga(現場可編程門陣列)或cpld(複雜可編程邏輯器件)可以重新構造邏輯門的連接關係，實現數位訊號處理的功能，包括通信、存儲、計算。因而可以用fpga或cpld實現誤差補償、存儲隊列、積分器、特徵計算、通信接口、參數存儲、邏輯判斷模塊。

電子引信可以使用集成數字加速度計。集成數字加速度計內部包括了加速度計、模數轉換、誤差補償功能。集成數字加速度計的輸出信號可以直接存入存儲隊列中。

另外，本發明實施例的基於mems技術的智能觸發引信的其它構成以及作用對於本領域的技術人員而言都是已知的，為了減少冗餘，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同限定。