基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法

劉 杰，蒲中強(qiáng)，柏 舸

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信是一種以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)、以彈丸的自轉(zhuǎn)周期為計(jì)數(shù)脈沖，并對(duì)影響因素進(jìn)行修正，達(dá)到較高炸點(diǎn)精度的電子引信?；谟?jì)轉(zhuǎn)數(shù)的電子引信控制炸點(diǎn)的方法從原理上講是一種精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的方法，在現(xiàn)代小口徑武器系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。對(duì)于計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信的測(cè)試，在外場(chǎng)通常利用彈載測(cè)試儀準(zhǔn)確獲取彈丸在膛內(nèi)的軸向加速度信號(hào)，同時(shí)結(jié)合炮膛纏度和炮管口徑信息，得出高速旋轉(zhuǎn)彈丸在膛內(nèi)整個(gè)過(guò)程的旋轉(zhuǎn)速度[1]。在實(shí)驗(yàn)室通常采用某種旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)引信(彈丸)的旋轉(zhuǎn)，以便在實(shí)驗(yàn)室對(duì)其功能和性能進(jìn)行測(cè)試[2]。但是這種測(cè)試方法不能模擬彈丸在高速旋轉(zhuǎn)下的真實(shí)情況，而且測(cè)試誤差較大，不能很好地反映被測(cè)產(chǎn)品的真實(shí)性能。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法。

1 計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)測(cè)試方法

1.1 地磁傳感器工作原理

用一定直徑的漆包線繞制在截面積一定的鋁合金骨架上，形成一定內(nèi)阻的地磁感應(yīng)線圈。當(dāng)旋轉(zhuǎn)彈丸在空中飛行時(shí)，線圈切割地磁磁力線而產(chǎn)生一個(gè)交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，傳感器中產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)，此信號(hào)周期與彈丸旋轉(zhuǎn)周期相同[3]。正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及整形等過(guò)程輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，每個(gè)方波信號(hào)為彈丸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。

1.2 計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)測(cè)試方法

計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信測(cè)試與計(jì)時(shí)引信相比要復(fù)雜得多，為了能夠在實(shí)驗(yàn)室模擬計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信動(dòng)態(tài)工作環(huán)境下的功能及性能，通常采用某種旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)引信(彈丸)的旋轉(zhuǎn)，使引信內(nèi)的地磁傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)，達(dá)到對(duì)引信計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)功能測(cè)試的目的。在自制的引信動(dòng)態(tài)模擬測(cè)試臺(tái)上，回轉(zhuǎn)體在某一轉(zhuǎn)速下，由于偏心、旋轉(zhuǎn)速度的不穩(wěn)定性和材料的不均勻等原因，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與回轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率重合時(shí)，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)，這種回轉(zhuǎn)體的橫向振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)信號(hào)。為了減小這種現(xiàn)象,通常采用浮動(dòng)式的電刷裝置[4]。由于實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)上的電機(jī)磁場(chǎng)干擾對(duì)引信計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)的準(zhǔn)確性有較大的影響，在實(shí)驗(yàn)中，一般在轉(zhuǎn)臺(tái)上加裝屏蔽罩進(jìn)行工作，可以在一定程度上排除電機(jī)磁場(chǎng)干擾，減小計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)誤差。表1為轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)[5]。

表1 實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)

受旋轉(zhuǎn)裝置的限制，最高轉(zhuǎn)數(shù)一般只能達(dá)到5 000 r/min，很難模擬彈丸20 000 r/min以上高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)裝置工作時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)引信內(nèi)部地磁傳感器有干擾，對(duì)測(cè)試的精度和準(zhǔn)確性都有影響，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果與實(shí)際值偏差較大，雖然加裝屏蔽罩以后有很大程度的改善，但仍不能完全消除這種干擾。這種采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置的測(cè)試方法，不能模擬彈丸在高速旋轉(zhuǎn)下的真實(shí)情況，而且測(cè)試誤差較大，不能很好地的反映被測(cè)產(chǎn)品的真實(shí)性能。此外，國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)中也未提及計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信的測(cè)試方法。

2 基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法

為了更好地對(duì)計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信用的靜態(tài)測(cè)試方法，提高測(cè)試的精度和準(zhǔn)確性，使測(cè)試更加簡(jiǎn)單方便。

2.1 方法原理

根據(jù)地磁傳感器的工作原理，如果在地磁傳感器上加入一個(gè)交變的磁場(chǎng)，傳感器中的線圈應(yīng)能感受到周圍磁場(chǎng)的變化，從而使傳感器輸出正弦波信號(hào)，此信號(hào)周期與磁場(chǎng)交變周期相同。將磁場(chǎng)的交變周期T設(shè)置為與彈丸轉(zhuǎn)速相同，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)控制磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)T，同時(shí)檢測(cè)引信的點(diǎn)火信號(hào)，記錄從裝定成功到引信點(diǎn)火的磁場(chǎng)變化個(gè)數(shù)，與裝定的轉(zhuǎn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，可以等效地測(cè)試計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信的地磁傳感器、點(diǎn)火電路、主控芯片等功能是否正常，計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)的精度等。

2.2 測(cè)試方法

本文提供的基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法包括以下操作步驟：當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)接收到測(cè)試指令后，由測(cè)試系統(tǒng)控制引信裝定器對(duì)被測(cè)引信進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)裝定Az，然后由測(cè)試系統(tǒng)控制地磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生強(qiáng)度為T，頻率為F的交變磁場(chǎng)。同時(shí)，引信內(nèi)部地磁傳感器感應(yīng)到該交變磁場(chǎng)后相應(yīng)的輸出正弦波信號(hào)，此信號(hào)與彈丸轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)相對(duì)應(yīng)，引信內(nèi)部計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電路開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到達(dá)裝定數(shù)值時(shí)應(yīng)發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。在引信發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)后，將引信發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)記錄的轉(zhuǎn)數(shù)值A(chǔ)d與裝定的轉(zhuǎn)數(shù)值A(chǔ)z相對(duì)比，若差值在誤差范圍內(nèi)，則所述引信電路的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)功能與精度為測(cè)試合格，若差值超出誤差范圍，則所述引信電路的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)功能與精度為不合格。測(cè)試時(shí)序如圖2所示。

2.3 方法特點(diǎn)

測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)發(fā)送交變磁場(chǎng)來(lái)模擬彈丸旋轉(zhuǎn)時(shí)引信內(nèi)部地磁傳感器切割地磁場(chǎng)的狀態(tài)，使地磁傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)情況下的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信功能和精度測(cè)試。不使用任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)的裝置，使引信復(fù)雜的動(dòng)態(tài)測(cè)試變成簡(jiǎn)單的室驗(yàn)室靜態(tài)測(cè)試。該技術(shù)在各種計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信研制和生產(chǎn)階段的測(cè)試工作中可以節(jié)約成本，提高工作效率。

3 分析及驗(yàn)證

3.1 分析

由于本方法不需要使用任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)的裝置，所以可檢測(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)范圍可以由原來(lái)機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式的5 000 r/min提高到50 000 r/min以上，由于沒(méi)有電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)對(duì)引信內(nèi)部地磁傳感器的干擾，應(yīng)該能夠大大提高測(cè)試的精度和準(zhǔn)確性。

3.2 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

為了對(duì)方法的可靠性和正確性進(jìn)行驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)2個(gè)彈種各一臺(tái)裝定器和10發(fā)引信對(duì)本方法進(jìn)行驗(yàn)證。分別通過(guò)裝定器對(duì)10發(fā)引信裝定不同的轉(zhuǎn)數(shù)，再通過(guò)本方法在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速(磁場(chǎng)的交變周期)下測(cè)試引信的工作轉(zhuǎn)數(shù)，將測(cè)試到的轉(zhuǎn)數(shù)和裝定轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證本方法的可靠性和準(zhǔn)確性。

表2 第1彈種測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 第2彈種測(cè)試數(shù)據(jù)

表3中第9、第10發(fā)引信的標(biāo)準(zhǔn)彈丸轉(zhuǎn)速為20 000 r/min，為了驗(yàn)證本方法在50 000 r/min時(shí)的測(cè)試準(zhǔn)確性和正確性，改裝引信電路去除對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)門限的限制后，將測(cè)試轉(zhuǎn)速設(shè)置為50 000 r/min，測(cè)試結(jié)果表明本方法在轉(zhuǎn)速設(shè)置為50 000 r/min時(shí)工作正常，測(cè)試精度沒(méi)有變化。

由表2和表3所記錄的2個(gè)彈種的測(cè)試情況來(lái)看，本方法可以可靠地對(duì)計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，誤差最多僅有-1轉(zhuǎn)，對(duì)比表1機(jī)械旋轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)-1～3轉(zhuǎn)的誤差有一定的提高。

經(jīng)分析，1轉(zhuǎn)的誤差是由于地磁傳感器與測(cè)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)輸出起點(diǎn)不能完全同步造成的，而引信彈丸在實(shí)彈射擊中也存在地磁傳感器與彈丸旋轉(zhuǎn)起點(diǎn)不同步的問(wèn)題，所以這一問(wèn)題并不會(huì)影響對(duì)引信計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)精度的測(cè)試。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)本方法測(cè)試篩選的3個(gè)彈種共上千發(fā)引信的外場(chǎng)試驗(yàn)情況表明，測(cè)試數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，證明基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法的可靠性和準(zhǔn)確性均能滿足計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信測(cè)試的要求。

4 結(jié)論

本文提出了基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法，該方法不使用任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)的裝置，使引信復(fù)雜的動(dòng)態(tài)測(cè)試變成簡(jiǎn)單的室驗(yàn)室靜態(tài)測(cè)試；可檢測(cè)的引信轉(zhuǎn)速范圍達(dá)到50 000 r/min以上，并且有效地提高了測(cè)試的精度和準(zhǔn)確性。驗(yàn)證和分析表明，基于模擬地磁場(chǎng)的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)引信靜態(tài)測(cè)試方法具有很高的測(cè)試精度和準(zhǔn)確性，對(duì)不同轉(zhuǎn)速的計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)電子引信均能進(jìn)行準(zhǔn)確和可靠的測(cè)試。擬在不同的武器平臺(tái)上進(jìn)一步對(duì)方法的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。

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