基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法

刘 杰，蒲中强，柏 舸

(西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

计转数电子引信是一种以微电子技术为基础、以弹丸的自转周期为计数脉冲，并对影响因素进行修正，达到较高炸点精度的电子引信。基于计转数的电子引信控制炸点的方法从原理上讲是一种精度较高，结构简单的方法，在现代小口径武器系统中的应用越来越广。对于计转数引信的测试，在外场通常利用弹载测试仪准确获取弹丸在膛内的轴向加速度信号，同时结合炮膛缠度和炮管口径信息，得出高速旋转弹丸在膛内整个过程的旋转速度[1]。在实验室通常采用某种旋转装置来实现引信(弹丸)的旋转，以便在实验室对其功能和性能进行测试[2]。但是这种测试方法不能模拟弹丸在高速旋转下的真实情况，而且测试误差较大，不能很好地反映被测产品的真实性能。针对上述问题，本文提出了基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法。

1 计转数引信动态旋转测试方法

1.1 地磁传感器工作原理

用一定直径的漆包线绕制在截面积一定的铝合金骨架上，形成一定内阻的地磁感应线圈。当旋转弹丸在空中飞行时，线圈切割地磁磁力线而产生一个交变的感应电动势，传感器中产生一个正弦波信号，此信号周期与弹丸旋转周期相同[3]。正弦波信号经过放大及整形等过程输出标准的方波信号，每个方波信号为弹丸的一个旋转周期。

1.2 计转数引信动态旋转测试方法

计转数电子引信测试与计时引信相比要复杂得多，为了能够在实验室模拟计转数电子引信动态工作环境下的功能及性能，通常采用某种旋转装置来实现引信(弹丸)的旋转，使引信内的地磁传感器产生转数信号，达到对引信计转数功能测试的目的。在自制的引信动态模拟测试台上，回转体在某一转速下，由于偏心、旋转速度的不稳定性和材料的不均匀等原因，当回转机械的转速与回转轴系统的固有振动频率重合时，会出现强烈的振动，这种回转体的横向振动会严重影响检测信号。为了减小这种现象,通常采用浮动式的电刷装置[4]。由于实验转台上的电机磁场干扰对引信计转数的准确性有较大的影响，在实验中，一般在转台上加装屏蔽罩进行工作，可以在一定程度上排除电机磁场干扰，减小计转数误差。表1为转台测试数据[5]。

表1 实验转台测试数据

受旋转装置的限制，最高转数一般只能达到5 000 r/min，很难模拟弹丸20 000 r/min以上高速转动的情况。同时，旋转装置工作时电机产生的磁场对引信内部地磁传感器有干扰，对测试的精度和准确性都有影响，导致测试结果与实际值偏差较大，虽然加装屏蔽罩以后有很大程度的改善，但仍不能完全消除这种干扰。这种采用机械旋转装置的测试方法，不能模拟弹丸在高速旋转下的真实情况，而且测试误差较大，不能很好地的反映被测产品的真实性能。此外，国外相关文献中也未提及计转数电子引信的测试方法。

2 基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法

为了更好地对计转数电子引信进行测试，针对现有技术存在的问题，提供一种计转数电子引信用的静态测试方法，提高测试的精度和准确性，使测试更加简单方便。

2.1 方法原理

根据地磁传感器的工作原理，如果在地磁传感器上加入一个交变的磁场，传感器中的线圈应能感受到周围磁场的变化，从而使传感器输出正弦波信号，此信号周期与磁场交变周期相同。将磁场的交变周期T设置为与弹丸转速相同，测试系统通过控制磁场发生装置产生交变的磁场T，同时检测引信的点火信号，记录从装定成功到引信点火的磁场变化个数，与装定的转数值进行对比，可以等效地测试计转数电子引信的地磁传感器、点火电路、主控芯片等功能是否正常，计转数的精度等。

2.2 测试方法

本文提供的基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法包括以下操作步骤：当测试系统接收到测试指令后，由测试系统控制引信装定器对被测引信进行转数装定Az，然后由测试系统控制地磁场发生装置产生强度为T，频率为F的交变磁场。同时，引信内部地磁传感器感应到该交变磁场后相应的输出正弦波信号，此信号与弹丸转数信号相对应，引信内部计转数电路开始计数，计数到达装定数值时应发出点火信号。在引信发出点火信号后，将引信发出点火信号时测试系统记录的转数值Ad与装定的转数值Az相对比，若差值在误差范围内，则所述引信电路的计转数功能与精度为测试合格，若差值超出误差范围，则所述引信电路的计转数功能与精度为不合格。测试时序如图2所示。

2.3 方法特点

测试系统通过发送交变磁场来模拟弹丸旋转时引信内部地磁传感器切割地磁场的状态，使地磁传感器产生转数信号，实现了静态情况下的计转数电子引信功能和精度测试。不使用任何机械旋转的装置，使引信复杂的动态测试变成简单的室验室静态测试。该技术在各种计转数电子引信研制和生产阶段的测试工作中可以节约成本，提高工作效率。

3 分析及验证

3.1 分析

由于本方法不需要使用任何机械旋转的装置，所以可检测的转数范围可以由原来机械旋转方式的5 000 r/min提高到50 000 r/min以上，由于没有电机旋转时磁场对引信内部地磁传感器的干扰，应该能够大大提高测试的精度和准确性。

3.2 实验室验证

为了对方法的可靠性和正确性进行验证，在实验室通过2个弹种各一台装定器和10发引信对本方法进行验证。分别通过装定器对10发引信装定不同的转数，再通过本方法在相应的转速(磁场的交变周期)下测试引信的工作转数，将测试到的转数和装定转数进行对比，进一步验证本方法的可靠性和准确性。

表2 第1弹种测试数据

表3 第2弹种测试数据

表3中第9、第10发引信的标准弹丸转速为20 000 r/min，为了验证本方法在50 000 r/min时的测试准确性和正确性，改装引信电路去除对转速信号门限的限制后，将测试转速设置为50 000 r/min，测试结果表明本方法在转速设置为50 000 r/min时工作正常，测试精度没有变化。

由表2和表3所记录的2个弹种的测试情况来看，本方法可以可靠地对计转数引信进行静态测试，测试数据比较准确，误差最多仅有-1转，对比表1机械旋转测试系统-1～3转的误差有一定的提高。

经分析，1转的误差是由于地磁传感器与测试系统转数信号输出起点不能完全同步造成的，而引信弹丸在实弹射击中也存在地磁传感器与弹丸旋转起点不同步的问题，所以这一问题并不会影响对引信计转数精度的测试。

3.3 试验验证

通过本方法测试筛选的3个弹种共上千发引信的外场试验情况表明，测试数据与试验数据一致，证明基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法的可靠性和准确性均能满足计转数电子引信测试的要求。

4 结论

本文提出了基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法，该方法不使用任何机械旋转的装置，使引信复杂的动态测试变成简单的室验室静态测试；可检测的引信转速范围达到50 000 r/min以上，并且有效地提高了测试的精度和准确性。验证和分析表明，基于模拟地磁场的计转数引信静态测试方法具有很高的测试精度和准确性，对不同转速的计转数电子引信均能进行准确和可靠的测试。拟在不同的武器平台上进一步对方法的适用性进行验证。

[1]沈大伟,边玉亮,范锦彪.基于弹载测试仪的高速旋转弹丸膛内转速测试[J].探测与控制学报.2016，38(3)：94-97.

[2]李朝晖,张河,江小华.基于磁通门技术的空炸引信计转数系统研究[J].弹道学报.2003(2):77-82.

[3]沈波，黄晓毛，王志兴等.基于地磁原理的计转数传感器技术研究[J].兵工学报,2003(3):313-315.

[4]陈荷娟,黄晓毛,赖百坛.计转数实验方法与装置[J].探测与控制学报,2002,24(2):18-20.

[5]沈波,陈荷娟,王志兴.基于地磁传感器的计转数引信可行性研究[J].探测与控制学报,2001,23(4):45-48.

[6]李朝晖,江小华,张 河.基于磁阻式传感器的引信转数测量方法[J].传感器技术,2003(5):55-57.