侵彻引信用压电加速度传感器的制作方法

本实用新型涉及压电加速度传感器技术领域，尤其涉及侵彻引信用压电加速度传感器。

背景技术：

计层起爆策略是目前侵彻多层硬目标引信常用的一种起爆控制策略，工作原理如下：当弹丸碰撞、贯穿硬目标时，作为引信前级探测装置的加速度传感器所测得的信号幅值远大于弹丸在穿过层与层之间空穴时候的加速度信号，由此可判断出弹丸处于穿层阶段。

计层起爆的关键在于引信能否从前级探测装置感受的环境信息中有效识别穿层特征信号。由于侵彻过程的复杂性，传感器输出信号中除包含弹体本身的刚体过载信号外，还包含弹体结构振动、加速度传感器自身振动以及其他噪声成分。特别地，当弹丸长度较大、弹速较高的情况下，这些信号的混叠情况将会十分突出。

从混叠的加速度信号中正确识别穿层特征，对实现侵彻弹丸计层识别具有十分切实的意义。为解决此问题，诞生了各种滤波电路或滤波算法，以对加速度传感器输出的混叠信号进行处理，滤除干扰信号，保留穿层特征信号，再经过一定的识别算法进行计层识别，而后由起爆控制电路决定是否起爆。

由于弹丸的飞行速度较快，在层与层之间的停留时间较短，为了保证弹丸能顺利在目标空穴中起爆，信号处理以及后续识别必须保证在足够短的时间内完成，因而时效性将会影响穿层识别的可靠性、准确性，并会增加处理电路的生产成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种侵彻引信用压电加速度传感器，利用机械结构对信号进行处理，以解决侵彻过程中加速度信号混叠对穿层信号识别造成的干扰，实现对穿层特征信号的有效获取。

一种侵彻引信用压电加速度传感器，包括：包括基座、上盖、下绝缘套、减震橡胶、减震压簧、上绝缘套、压电元件、质量块结构、紧固螺钉、信号线和地线；

所述基座内装由下至上依次安装有下绝缘套，所述下绝缘套外壁与所述基座的内壁贴合，所述下绝缘套的底端与所述基座的底部内壁接触；所述下绝缘套的顶部安装有减震橡胶，所述减震橡胶上部安装有上绝缘套，减震橡胶的刚度远大于减震压簧的刚度；所述下绝缘套和上绝缘套为空心圆柱体，且下绝缘套的内径小于上绝缘套的内径，减震橡胶的内径与下绝缘套的内径相同，安装于两个绝缘套之间的减震橡胶与下绝缘套和上绝缘套构成了一个弹性台阶；

所述上绝缘套内壁上固定有压电原件，所述压电原件将基座内腔分成上下两部分，所述压电原件底部所在内腔中容设有减压弹簧；所述压电原件顶部上设有质量块结构，所述质量块结构包括质量块腔体和质量块，所述质量块腔体具有第一腔和与所述第一腔联通的第二腔，所述第一腔位于所述质量块腔体的底部，用于容纳所述质量块使得所述质量块只能位于所述第一腔而不脱出；所述第二腔位于所述质量块腔体的上部，所述质量块上设有焊接有信号线，所述信号线经由所述第二腔伸出所述传感器；所述地线从紧固螺钉处引出；所述上绝缘套顶端设有上盖，所述减震压簧有一定初始预压力，当加速度值较小时，所述减震压簧顶着质量块上端与上盖接触；压电元件的负极与质量块始终接触在一起，传感器工作时信号由压电元件的负极经质量块由信号线输出，构成传感器信号输出端；所述压电元件的正极始终和所述减震压簧接触，压电元件正负极、减震压簧、基座、上盖和紧固螺钉电位相同。

优选地，当侵彻引信用加速度传感器受到较大的冲击加速度时，使质量块和压电元件组成的运动系统克服减震压簧的抗力向下运动时，弹性台阶起到限位作用。

其中，所述减震压簧的上端与压电元件的正极始终接触，下端与基座相接触，而基座、上盖、紧固螺钉和地线相互接触，构成传感器的接地端。

优选地，所述减震压簧有一定的初始预压力，顶着质量块上端与上盖接触，而上盖又和传感器地线相连，当所述质量块与上盖接触，整个传感器就处于短路状态，输出为0。

其中，所述压电元件采用反向放置，与质量块相接触的一面为负极传感器的输出，与减震压簧相接触的一面为正负极，传感器的信号线输出负电传感器的输出电压。

优选地，所述压电元件的负极始终和所述质量块接触，二者电位相同，质量块上焊接传感器的信号线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用减震橡胶和减震弹簧两种弹性元件，以及限位结构，可使压电加速度传感器仅对侵彻过载加速度敏感，从而实现对弹丸穿层信号的获取，解决了弹丸侵彻多层硬目标时，现有加速度传感器获取的加速度信号产生的混叠问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种侵彻引信用压电加速度传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种质量块和压电元件的向下运动受减震橡胶限位的结构示意图。

图中：1-基座、2-上盖、3-下绝缘套、4-减震橡胶、5-减震压簧、6-上绝缘套、7-压电元件、8-质量块、9-紧固螺钉、10-信号线、11-地线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作出详细说明。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种侵彻引信用压电加速度传感器，包括：包括基座1、上盖2、下绝缘套3、减震橡胶4、减震压簧5、上绝缘套6、压电元件7、质量块8、紧固螺钉9、信号线10和地线11；

所述基座1内装由下至上依次安装有下绝缘套3，所述下绝缘套3外壁与所述基座1的内壁贴合，所述下绝缘套3的底端与所述基座1的底部内壁接触；所述下绝缘套3的顶部安装有减震橡胶4，所述减震橡胶4上部安装有上绝缘套6，减震橡胶4的刚度远大于减震压簧5的刚度；所述下绝缘套3和上绝缘套6为空心圆柱体，且下绝缘套3的内径小于上绝缘套6的内径，减震橡胶4的内径与下绝缘套3的内径相同，安装于两个绝缘套之间的减震橡胶4与下绝缘套3和上绝缘套6构成了一个弹性台阶；

所述上绝缘套6内壁上固定有压电原件7，所述压电原件7将基座内腔分成上下两部分，所述压电原件7底部所在内腔中容设有减压弹簧5；所述压电原件7顶部上设有质量块结构，所述质量块结构包括质量块腔体和质量块8，所述质量块腔体具有第一腔和与所述第一腔联通的第二腔，所述第一腔位于所述质量块腔体的底部，用于容纳所述质量8块使得所述质量块8只能位于所述第一腔而不脱出；所述第二腔位于所述质量块腔体的上部，所述质量块8上焊接有信号线10，所述信号线10经由所述第二腔伸出所述传感器；所述地线11从紧固螺钉9处引出；所述上绝缘套6顶端设有上盖2，所述减震压簧5有一定初始预压力，当加速度值较小时，所述减震压簧5顶着质量块8上端与上盖2接触；压电元件7的负极与质量块8始终接触在一起，传感器工作时信号由压电元件7经质量块8由信号线10输出，构成传感器信号输出端；所述压电元件7正极始终和所述减震压簧5接触，压电元件7负极、减震压簧5、基座1、上盖2和紧固螺钉9电位相同。

上述实施例中，当侵彻引信用加速度传感器受到较大的冲击加速度时，使质量块8和压电元件7组成的运动系统克服减震压簧5的抗力向下运动，弹性台阶起到限位作用。

上述实施例中，所述减震压簧5的上端与压电元件7的正极始终接触，下端与基座1相接触，而基座1、上盖2、紧固螺钉9和地线11相互接触，构成传感器的接地端。

上述实施例中，所述减震压簧5有一定的初始预压力，顶着质量块8上端与上盖2接触，而上盖2又和传感器地线相连，当所述质量块8与上盖2接触，整个传感器就处于短路状态，输出为0。

上述实施例中，所述压电元件7采用反向放置，与质量块8相接触的一面为传感器的输出，与减震压簧5相接触的一面为负极，传感器的信号线10输出传感器的输出电压。

上述实施例中，所述压电元件7的始终和所述质量块8接触，二者电位相同，质量块8上焊接传感器的信号线10。

如图1所示，具体地，基座1内装有两种弹性元件，分别是减震橡胶4和减震压簧5，减震橡胶4的刚度远大于减震压簧5的刚度。在本实施例中，下绝缘套3和上绝缘套6为空心圆柱体，且下绝缘套3的内径小于上绝缘套6的内径，减震橡胶4的内径与下绝缘套3的内径相同，因此安装于两个绝缘套之间的减震橡胶4与下绝缘套3和上绝缘套6构成了一个弹性台阶。当侵彻引信用加速度传感器受到较大的冲击加速度，使质量块8和压电元件7组成的运动系统克服减震压簧5的抗力向下运动时，弹性台阶起到了限位作用。

如图2所示，压电元件7与质量块8始终接触在一起，传感器工作时信号由压电元件7经质量块8由传感器的信号线10输出，构成传感器信号输出端。

减震压簧5除了履行低刚度弹性元件的功能外，还参与了传感器输出回路的构成。减震压簧5的上端与压电元件7始终接触在一起，下端则与基座1相接触，而基座1、上盖2、紧固螺钉9和传感器地线11相互接触，构成传感器的接地端。

减震压簧5有一定的初始预压力，顶着质量块8上端与上盖2接触，而上盖2又和传感器地线11相连，因此，只要质量块8与上盖2接触，整个传感器就处于短路状态，输出为0。

当弹丸侵彻硬目标使传感器受到向上的冲击加速度时，质量块8和压电元件7受到向下的惯性力作用。传感器的工作过程可分为四个阶段：

(1)惯性力小于预压力阶段。质量块8和压电元件7组成的运动系统并不向下运动，所以压电元件7虽然受到压力产生电荷，但是由于质量块8仍然与上盖2接触，传感器处于短路状态，传感器并无信号输出。

(2)惯性力大于预压力阶段。冲击加速度持续增大，使传感器工作于第二阶段，此时惯性力大于预压力，质量块8和压电元件7组成的运动系统将开始向下运动。在忽略减震压簧5的质量的情况下，压电元件7受到的压力等于减震压簧5的抗力。由于减震压簧5的刚度很小，因此传感器输出很小的信号。

(3)限位阶段。当质量块8和压电元件7组成的运动系统继续往下运动以一定速度碰击减震橡胶4，传感器进入第三个工作阶段。质量块8在减震压簧5和减震橡胶4这两种弹性元件的共同作用下，速度衰减至0而后反向运动。整个过程中压电元件7受到的压力为两个弹性元件的抗力和叠加。由于减震橡胶4的刚度远大于减震压簧5，因此，这一阶段压电元件7受到的压力激增，传感器输出较大的信号。

(4)回程阶段。冲击加速度减小到小于减震压簧5的抗力时，质量块8和压电元件7组成的运动系统与减震橡胶4脱离，传感器进入到第四个工作阶段。质量块8在减震压簧5的推力下做回程运动。当质量块8回程触碰上盖2时，虽然碰撞会导致压电元件7瞬间受到较大力的作用，但由于这时信号线10和地线11短路，传感器的输出会有直接变为0，并不会输出信号。

弹丸侵彻硬目标时，刚体过载信号具有峰值高、且加速度信号方向单向的特点；而弹体的振动信号具有峰值低、加速度信号方向为双向的特点。因此，振动信号对质量块8和压电元件7组成的运动系统产生的运动位移贡献很小，只有刚体过载信号才能使质量块8和压电元件7组成的运动系统与减震橡胶4相碰，从而使传感器产生较大的输出电压。这也就避免了振动信号对传感器获取穿层信号产生影响，通过检测传感器的峰值电压和持续时间，便可以判断出弹丸当前是否侵彻硬目标。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型实施例内。

不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本实用新型实施例的技术方案的精神和范围。