一种利用磁阻传感器的炮口速度测量方法

　　弹丸炮口速度是决定外弹道的三个基本参数(弹道系数C、射角θ0、初速V0)之一,是影响火炮射击精度及威力的关键参数[1].目前,国内外测量弹丸炮口速度方法有许多种:定距测时法、多普勒雷达测速法[2],这些方法都属于被动测速法,需要发射平台或一定的仪器设备,不适合弹载测速.另外,还有采用动压传感器测速方法,利用空速管原理,传感器必须安装在引信头部的轴线上,引信结构必须在一定程度上调整,而且弹丸在飞行过程中如果攻角较大时,动压传感器的测量结果误差比较大[3].针对自主式弹道修正引信测出炮口速度的需求,设计了一种弹载自主式磁阻传感器测炮口速度的装置.

　　1　磁阻传感器与炮口速度关系

　　1.1　磁阻传感器的工作原理

　　HMC1001型磁阻传感器是小型低成本高灵敏度的磁场传感器.主要元件是惠斯通电桥,该电桥的四个电阻由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成, 如图1所示.玻莫合金是一种典型的各向异性磁阻效应材料,在弱磁场下的电阻变化量较大,因此HMC1001磁阻传感器可将磁场转换成差分输出电压,并能传感强度低至30微高斯的磁场[4].

　　若供给传感器内部的惠斯通电桥的工作电压为Vb,传感器的玻莫合金薄膜的长度方向将通过一个电流.在玻莫合金薄膜的宽度方向施加磁场,因玻莫合金具有各向异性的磁电阻效应,导致对角上的两个电阻的内磁化方向朝着电流方向转动,θ角减小,电阻增大;另外两个电阻的内磁化方向背向电流转动,θ角增大,电阻减小.电阻值的变化将外加磁感应强度转换成差动输出的电压,该输出电压可用下式表示.

　　式中: R为薄膜电阻;ΔR为电阻值的变化量; Vb为传感器的工作电压.

　　传感器内部设计了两个磁耦合的电流带,一条是置位/复位电流带,当传感器遇强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,置位/复位带可以用来磁畴排列的复位(即恢复灵敏度),也可用来置位或复位输出的极性和提高线性度,减少垂直轴的影响和温度影响;另一条是偏置电流带,该电流带产生磁场补偿外界磁场,使该传感器线性工作范围从0开始,从而使沿着传感器宽度方向上,单位磁场的输出最大,灵敏度最高,使该传感器能够测量低至30微高斯范围的弱磁场.另外电桥输出可驱动偏置电流带,用来消除闭环配置内的测量磁场.当接到命令时,桥路增益可在系统内自动校准.

　　1.2　传感器信号与炮口速度关系

　　弹丸在出炮口后的一段时间内运动轨迹是一条直线.设弹丸运动方向即弹轴方向为V,地磁场强度矢量为B,磁阻传感器敏感方向为X,Y方向正交于X方向.弹丸运动过程中磁阻传感器敏感方向X轴绕弹轴方向V旋转,如图2所示.