一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法

本发明涉及一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法，属于引信。

背景技术：

1、重要军事目标的坚固化和地下化，使得侵彻武器的发展尤为迅速。重要军事设备，指挥中心等都被隐藏在地下或者多层防护建筑中，且环境一般都比较坚硬，为了实现对它们的破坏，就必须要求硬目标侵彻武器能够在多次高速冲击之后爆炸，从而达到对目标的最大毁伤。其中侵彻引信是实现对炸点精确控制的关键。

2、侵彻引信从传统的定时引信发展到现在的计层、计深、介质识别等多功能智能引信，是沿着高精度、高智能化的方向在发展。计层引信技术是目前硬目标侵彻引信主要的起爆控制方式，其通过计层算法并根据侵彻敏感信号进行实时计算、识别并累计弹丸穿透目标的层数。然而，当弹丸较长，弹速较高时，弹体结构响应衰减慢，造成穿层时传感器测量信号相互粘连，无法有效对穿层进行识别，无法按照预期引爆战斗部，从而导致毁伤效率大幅降低。

3、目前，针对侵彻多层硬目标时信号粘连问题，提出的解决方法主要包括传感器设计和计层算法设计两个方面。通过设计传感器改变其响应信号是解决信号粘连的一种方案，随着微机电系统(mems)技术的发展与成熟，设计独特的微传感器、控制器、执行器结构以优化输出信号，改善侵彻武器穿层时信号粘连的现象被认为是一种高可靠性的解决方案。现阶段侵彻引信中广泛应用的mems加速度传感器是改良的重点目标，然而mems加速度传感器的开环系统没有反馈环节，系统的稳定性差，响应时间长，在战斗部侵彻硬目标与多层目标时，mems加速度传感器在短时间内受到高外部冲击信号影响时，系统无法自动调整其输出，输出的加速度信号上升时间较长，容易发生粘连现象，不利于计层起爆。

4、计层算法设计是目前解决信号粘连的另一种方案，然而计层算法设计往往依托于信号本身的特征提取，包括阈值提取，频谱特征分析，多传感器信号卷积等。对于复杂的侵彻信号提取算法，处理器需要耗费过多的时间对信号处理以提取层数，而计层算法要求实时性高，如果耗时过长，即使层数能够准确地提取出来，弹丸已经穿过预定层，因此计层算法设计有其局限性存在。

技术实现思路

1、针对引信中高过载加速度传感器动态性能难以适应高速打击，易发生信号粘连的技术问题，本发明的主要目的是提出一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法，采用静电力驱动方式，在加速度传感器的背部与下部硅基底表面增加电极板，与阻尼控制器通过导线连接，当阻尼控制器控制两块电极板通过同种电流时，会产生相斥的静电力；通过控制电流的大小，从而控制静电力大小，产生可控的阻尼；通过控制阻尼缩小信号的粘连程度，提升炸点的精确度。

2、本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

3、本发明公开的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，包括阻尼控制器、压敏电阻、加速度传感器质量块、质量块背部电极板、加速度传感器支架、下部支撑硅基底和下部硅基底表面电极板。质量块背部电极板与下部硅基底表面电极板分别位于加速度传感器质量块与下部支撑硅基底之间，相互正对，并分别由导线与阻尼控制器进行连接；压敏电阻布置在加速度传感器支架的悬臂梁根部；加速度传感器支架与下部支撑硅基底采用键合方式进行连接。

4、所述阻尼控制器配合本发明提出的阻尼自适应控制方法对极板间产生的阻尼力大小进行控制；

5、所述压敏电阻为加速度传感器的信号收集元件，用于检测加速度；

6、所述加速度传感器质量块为加速度传感器的敏感元件，用于放大传感器输入信号，便于传感器检测的作用；

7、所述加速度传感器支架与下部支撑硅基底为整体结构的支撑部分，用于结构支撑；

8、所述质量块背部电极板与下部硅基底表面电极板，为低电阻率原件，位于加速度传感器的敏感元件与基底之间，相互正对，共同构成阻尼自适应控制结构的阻尼产生装置，用于限制敏感元件运动，缩短响应时间。

9、本发明公开的一种加速度传感器的阻尼自适应控制方法，用于控制所述一种加速度传感器的阻尼自适应结构，包括以下步骤：

10、步骤1、将传感器的输出电信号设为x，导入阻尼控制器；

11、步骤2、对算法进行初始化，识别应用场景，根据事件确定触发阈值a与事件终止阈值b；

12、步骤3、当加速度传感器的输出信号x大于a时，此时控制触发器设1，不大于a时不进行处理转入下一判定过程；

13、步骤4、加速度传感器输出信号x小于b时，此时控制触发器设0，不小于b时不进行处理转入下一判定过程；

14、步骤5、由控制触发器判定是否设1，设1时开启反馈控制，阻尼控制器输出信号，控制加速度传感器上的相对电极板产生阻尼力，使传感器回复初始状态，不设1时不进行控制，控制流程进行完毕后，传感器此时回到初始状态。减少多次冲击时发生的信号粘连，实现精准计层，提升炸点的精确度。

15、有益效果:

16、1、本发明公开的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，通过在加速度传感器的敏感元件与基底之间增设两块电极板，在电极板上通过电流产生作用力，从而产生限制传感器运动的阻尼，使加速度传感器能够更快回到初始的稳定状态，缩小震荡时间，改善信号粘连现象，提升炸点的精确度。

17、2、本发明公开的一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法，当传感器输出大于触发阈值时，在两极板间产生作用力，使加速度传感器快速回到初始状态；当传感器输出小于终止阈值时，判定传感器已经回到初始稳定状态，关闭反馈控制，此时两极板间作用力消失，传感器可以再次正常工作；使加速度传感器具有更好的动态性能，在受到脉冲信号时能够更快的回归到稳定值，加大传感器可探测带宽，提高加速度传感器的阻尼自适应结构的可控性。

18、3、本发明公开的一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法，对pid反馈控制方法进行可变阻尼的控制，相比于开环控制，具有更高的稳定性和更短的响应时间。

技术特征：

1.一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：包括阻尼控制器、压敏电阻、加速度传感器质量块、质量块背部电极板、加速度传感器支架、下部支撑硅基底和下部硅基底表面电极板；质量块背部电极板与下部硅基底表面电极板分别位于加速度传感器质量块与下部支撑硅基底之间，相互正对，并分别由导线与阻尼控制器进行连接；压敏电阻布置在加速度传感器支架的悬臂梁根部；加速度传感器支架与下部支撑硅基底采用键合方式进行连接。

2.如权利要求1所述的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：所述阻尼控制器配合阻尼自适应控制方法对极板间产生的阻尼力大小进行控制。

3.如权利要求2所述的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：所述压敏电阻为加速度传感器的信号收集元件，用于检测加速度。

4.如权利要求3所述的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：所述加速度传感器质量块为加速度传感器的敏感元件，用于放大传感器输入信号，便于传感器检测的作用。

5.如权利要求4所述的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：所述加速度传感器支架与下部支撑硅基底为整体结构的支撑部分，用于结构支撑。

6.如权利要求5所述的一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：所述质量块背部电极板与下部硅基底表面电极板，为低电阻率元件，位于加速度传感器的敏感元件与基底之间，相互正对，共同构成阻尼自适应控制结构的阻尼产生装置，用于限制敏感元件运动，缩短响应时间。

7.一种加速度传感器的阻尼自适应控制方法，用于控制所述一种加速度传感器的阻尼自适应结构，其特征在于：包含以下步骤，

技术总结
一种加速度传感器的阻尼自适应结构及控制方法，属于引信技术领域。通过在加速度传感器质量块与下部支撑硅基底之间增设两块正对电极板实现阻尼可变的效果。当传感器的输出大于触发阈值时，在电极板上通过一定的电流，使两极板间产生作用力，从而产生限制传感器运动的阻尼，使加速度传感器能够更快回到初始的稳定状态，缩小震荡时间；当传感器输出小于终止阈值时，判定传感器已经回到初始稳定状态，关闭反馈控制，此时两极板间作用力消失，传感器再次正常工作。本发明适用于加速度传感器领域领域，使加速度传感器具有更好的动态性能，在受到脉冲信号时能够更快的回归到稳定值，加大传感器可探测带宽，提高加速度传感器的阻尼自适应结构的可控性。

技术研发人员：胡纯,王义凯,晁承科,吕跃祖,李望,郑德智
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11