基于MEMS技术的智能触发引信 |
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| 申请号 | CN201710349644.5 | 申请日 | 2017-05-17 | 公开(公告)号 | CN107131804A | 公开(公告)日 | 2017-09-05 |
| 申请人 | 清华大学; 中国空空导弹研究院; 中国航空工业集团公司; | 发明人 | 张高飞; 马林; 尤政; 刘勇涛; 向明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于MEMS技术的智能触发引信，包括：MEMS 加速 度计 ，用于获取碰撞时生成反映加速度信息的电 信号 ； 模数转换 模 块 ，用于将所述 电信号 转变为 数字信号 ； 信号处理 模块，用于将所述数字信号进行处理得到特征信息，并判断特征信息是否满足预设引爆条件；起爆控 制模 块，用于在满足所述预设引爆条件时控制引爆装置进行引爆；抗掉电 电路 ，用于在通电时进行充电，并在断电时为所述MEMS加速度计、所述模数转换模块、所述信号处理模块和所述起爆 控制模块 进行供电。本发明具有如下优点：以MEMS加速度计为敏感单元的智能触发引信，可实现多轴集成、 阈值 设定等功能，能够克服传统机械式触发引信的诸多缺点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于MEMS技术的智能触发引信，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 基于MEMS技术的智能触发引信技术领域[0001] 本发明涉及弹箭触发引信技术领域，特别涉及一种基于MEMS技术的智能触发引信。 背景技术[0002] 触发引信是弹箭敏感碰撞过程并给出动作信号的器件，对弹箭毁伤效果具有重要意义。目前触发引信基于机械式惯性测量原理，利用弹簧或者磁铁暂时固定质量块，当引信受到撞击时，质量块发生移位，输出起爆信号。 [0003] 机械式触发引信的触发判断条件比较单一，只能判断一个方向的撞击强度是否达到预设值。这种引信的触发判断条件不能设置为其它条件，比如撞击角度等条件。机械式引信的触发判断条件的阈值在出厂时设定。如果要修改阈值，必须拆解引信、更换零件。机械引信不方便修改触发判断条件的阈值，对于不同目标没有针对性。阈值过大时，有可能在击中较软目标时未引爆；阈值过小时，有可能被意外扰动引爆。机械式引信在一次撞击后就会触发。对于需要穿墙使用的弹药，需要引信可以在多次撞击次数后触发，机械引信不能满足这类需求。机械式触发引信技术陈旧、功能单一、测量精度低，无法适应弹箭对高性能、智能化触发引信的要求。 发明内容[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。 [0005] 为此，本发明的目的在于提出一种基于MEMS技术的智能触发引信，可以克服传统机械式触发引信的诸多缺点。 [0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于MEMS技术的智能触发引信，包括：MEMS加速度计，用于获取碰撞时生成反映加速度信息的电信号；模数转换模块，用于将所述电信号转变为数字信号；信号处理模块，用于将所述数字信号进行处理得到特征信息，并判断特征信息是否满足预设引爆条件；起爆控制模块，用于在满足所述预设引爆条件时控制引爆装置进行引爆；抗掉电电路，用于在通电时进行充电，并在断电时为所述MEMS加速度计、所述模数转换模块、所述信号处理模块和所述起爆控制模块进行供电。 [0007] 进一步地，所述MEMS加速度计用于采集碰撞时的单敏感轴信息、双敏感轴信息或三敏感轴信息，其中，所述双敏感轴信息的两个敏感轴相互正交，所述三敏感轴信息的三个敏感轴相互正交。 [0008] 进一步地，所述MEMS加速度计的敏感轴量程大于500g，至少一个敏感轴带宽大于1000Hz。 [0009] 进一步地，还包括：误差补偿模块，用于修正所述MEMS加速计的零偏误差和非线性误差，其中，所述抗掉电电路还用于在断电时为所述误差补偿模块进行供电。 [0010] 进一步地，所述信号处理模块进一步用于对所述数字信号进行积分运算得到积分值，并对所述积分值进行矢量合成或加权合成得到所述特征信息。 [0011] 根据本发明实施例的基于MEMS技术的智能触发引信，以MEMS加速度计为敏感单元的智能触发引信，可实现多轴集成、阈值设定等功能，能够克服传统机械式触发引信的诸多缺点。 [0013] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0014] 图1是本发明实施例的基于MEMS技术的智能触发引信的结构框图； [0015] 图2是本发明一个实施例的对三敏感轴信息进行处理的过程示意图。 [0016] 图3是本发明一个实施例的抗掉电电路的在电路中进行设置的电路示意图。 具体实施方式[0017] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0018] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。 [0019] 以下结合附图描述本发明。 [0020] 图1是本发明实施例的基于MEMS技术的智能触发引信的结构框图。如图1所示，根据本发明实施例的基于MEMS技术的智能触发引信，包括MEMS加速度计100、模数转换模块200、信号处理模块300、起爆控制模块400和抗掉电电路500。 [0021] 其中，MEMS加速度计100用于获取碰撞时生成反映加速度信息的电信号。模数转换模块200用于将电信号转变为数字信号。信号处理模块300用于将所述数字信号进行处理得到特征信息，并判断特征信息是否满足预设引爆条件。起爆控制模块400用于在满足所述预设引爆条件时控制引爆装置进行引爆。抗掉电电路500用于在通电时进行充电，并在断电时为所述MEMS加速度计、所述模数转换模块、所述信号处理模块和所述起爆控制模块进行供电。 [0022] 在本发明的一个实施例中，MEMS加速度计用于采集碰撞时的单敏感轴信息、双敏感轴信息或三敏感轴信息。其中，双敏感轴信息的两个敏感轴相互正交，三敏感轴信息的三个敏感轴相互正交。通过不同的采样方式，可以获得不同的方向的加速度信息，以便在满足不同的预设引爆条件时，控制引爆装置进行引爆，从而实现弹箭在多种不同的触发情况下的引爆。MEMS加速度计的敏感轴量程大于500个重力加速度(500g)，至少有一个敏感轴带宽大于1000Hz。 [0023] 图2是本发明的一个实施例，对三轴的加速度信息进行处理。采用三轴正交的MEMS加速度计，包括x轴加速度计、y轴加速度计、z轴加速度计。z轴加速度计安装在弹箭的轴向，x和y敏感轴垂直弹箭的轴向。加速度计的信号进入单片机。 [0024] 加速度计的信息经过模数转换模块200进入信号处理模块300(图2中误差补偿到逻辑判断之间的步骤)。 [0025] 在本发明的一个实施例中，基于MEMS技术的智能触发引信的信号处理模块300还包括误差补偿模块。差补偿模块用于修正MEMS加速计的零偏误差和比例系数误差，从而提升引爆触发判断的准确性。 [0027] ui＝b+kai [0028] 其中，ai为不同时刻的加速度，ui为不同时刻加速度计的输出电压，b和k为常数。模数转换后，数据为ui。误差补偿模块计算公式为 [0029] ai＝(ui-b)/k [0030] 在本发明的一个实施例中，信号处理模块300进一步用于对数字信号进行积分运算得到积分值，并对积分值进行矢量合成或加权合成得到特征信息。 [0031] 具体地，将表示加速度的数字信号在有限长度的存储队列中存储，通过积分器计算得到积分，积分后的结果表示引信在一段时间内的速度变化量。 [0032] 设存储队列长度为n。不同时刻的加速度数据存入存储队列。积分器的输出为： [0033] [0034] 该数值被特征计算模块使用。 [0035] 一个实施例中，模数转换的采样频率为67kHz。存储队列的长度为n＝40。3个积分器分别输出加速度的积分： [0036] [0037] [0038] [0039] 在图2的实施例中，基于信号处理模块300中误差补偿模块、存储队列、积分器的排列顺序是可以改变的。一种可行的顺序是：误差补偿模块301、存储队列302、积分器。另一种可行的顺序是：存储队列、积分器、误差补偿模块。 [0040] 第一种顺序的计算公式已经在上文列出。第二种顺序的计算公式为： [0041] 模数转换后，数据为ui，直接存入存储队列。积分后，积分器输出为： [0042] [0043] 误差补偿模块在积分器之后工作，误差补偿模块的计算公式为： [0044] y＝(s-nb)/k [0045] 误差补偿模块输出为 [0046] [0047] 由以上算例可见，基于MEMS技术的智能触发引信中，信号处理模块300中，误差补偿模块、存储队列、积分器的排列顺序是可以改变的。 [0048] 可以根据速度变化量提取撞击过程的特征，比如撞击的持续时间、目标的软硬。在使用多轴加速度计的时候，特征计算也可以提取撞击的角度、多轴速度变化量的矢量和、速度变化量的加权和等特征。 [0049] 在图2的实施例中，计算加速度的矢量和以及矢量角度作为撞击过程特征。矢量和特征的计算公式为 [0050] [0051] 矢量角度特征的计算公式为 [0052] [0053] 参数存储模块记录了阈值p1和阈值p2。逻辑判断模块根据碰撞过程特征和阈值决定是否起爆。如果满足条件： [0054] r1>p1 [0055] |r2| [0056] 则逻辑判断模块向起爆控制模块400发出触发信号。这个逻辑判断的含义是电子引信感受到了一个较强的冲击，而且冲击方向在弹箭轴向附近，这意味着弹箭撞击到了目标。起爆控制模块400在收到逻辑判断模块的信号后引爆弹箭。 [0057] 基于MEMS技术的智能触发引信还包括抗掉电电路。图3是抗掉电电路的一个实施例。电源通过二极管给电容充电，然后电容为引信的其它模块供电。在较大冲击中，弹箭的供电可能波动甚至中断。如果电源短时间断电，电容存储的电荷仍然可以维持供电。 [0058] 在本发明的一个实施例中，基于MEMS技术的智能触发引信可以由多个电路单元分别的实现的，也可以在一个电子元件中实现多个模块。 [0060] FPGA(现场可编程门阵列)或CPLD(复杂可编程逻辑器件)可以重新构造逻辑门的连接关系，实现数字信号处理的功能，包括通信、存储、计算。因而可以用FPGA或CPLD实现误差补偿、存储队列、积分器、特征计算、通信接口、参数存储、逻辑判断模块。 [0061] 电子引信可以使用集成数字加速度计。集成数字加速度计内部包括了加速度计、模数转换、误差补偿功能。集成数字加速度计的输出信号可以直接存入存储队列中。 [0062] 另外，本发明实施例的基于MEMS技术的智能触发引信的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。 [0063] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0064] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。 |
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