被动式磁引信：原理和应用

一、探测原理

被动式磁引信自身不向外辐射电磁场，而是靠它的磁敏感装置敏感外界磁场的变化发现目标，可以利用磁膜传感器、磁通门传感器或磁涡流传感器等探测目标。

二、一种航弹用被动式磁引信

该引信配用于低阻航弹，由载机外挂投弹。此航弹主要被用来封锁交通，攻击机动车辆和有生力量。这种被动式磁引信具有以下几个特点。

（1）当目标进入引信作用区后，直到弹目距离最小时引信才引爆炸弹。若目标进入引信作用区后前进的过程中还没有达到最近点而改变方向离开炸弹，引信就在它刚开始离开时引爆炸弹。

（2）对所攻击的目标的速度有选择。目标接近速度在1～90km/h以外时引信不会启动。因此，在战场上的弹片或其他炮弹飞过时，引信不会受到干扰而误动作。

（3）引信平时以小电流工作，仅0.6mA，因此可以维持工作4～5个月。当电源电压降到一定值（工作四五个月时间后）时自炸。

（4）此引信灵敏度较高。对车辆作用距离25m左右，对人员（哪怕是仅带一支钢笔）在1m范围内可以起作用。

1.引信的组成

引信电路可用图10-4所示方框图表示。

图10-4　引信电路组成方框图

磁敏感装置：利用铁磁物体可以造成物体附近地球磁场畸变的特性来探测铁磁目标，并把目标靠近的信息转换成电压信号。

放大及引爆脉冲产生电路：把微弱的目标信号电压放大并在目标靠近到最有利杀伤位置时，输出一个启动脉冲触发点火电路。

速度选择电路：当铁磁目标以1～90km/h的速度接近时，速度选择电路输出一个控制方波，控制引爆脉冲产生电路送出引爆脉冲。当目标速度小于1km/h或大于90km/h时，它控制引爆脉冲产生电路不送出引爆脉冲。

抗干扰及闭锁电路：该电路有三个作用。第一，从弹刚离开载机到入地的这段时间（两三分钟）内，该电路输出一个闭锁方波，使引爆脉冲产生电路闭锁，因而在这段时间内不会产生引爆脉冲，实现了远距离解除保险。这一方面可以保证载机的安全，并且在弹下落过程中避免由于地面或地面上铁磁运动物体而使引信作用。同时也给炸弹落地后引信电路一段工作稳定所需要的时间。第二，当速度较高的铁磁体飞过时，该电路产生1min闭锁方波，使引爆脉冲产生电路闭锁。从而避免其他弹丸爆炸时飞过来的弹片使引信误动作。第三，当出现其他内外干扰时，该电路也输出1min闭锁方波给引爆脉冲产生电路闭锁。

自炸电路：由于工作时间过长或其他原因致使电源电压下降到一定程度时引信电路不能正常工作，此时该电路输出一个启爆脉冲给点火电路引爆电雷管。

2.作用原理

（1）磁敏感装置。磁敏感装置包括磁敏感头、磁鉴频器和检波器，其方框图如图10-5所示。

图10-5　磁敏感部分方框图

磁敏感装置的核心是磁膜，它是由特殊磁性材料做成的面积3.6cm2、厚10-5cm的磁性薄片。该磁膜具有很好的导磁特性。磁场强度H有很小的变化，可使导磁率μ值有很大的变化，远远大于普通的磁性材料。该磁膜置于矩形空心线圈之内。线圈有两个绕组：一个为高频回路线圈L2，另一个为静磁平衡线圈L0。磁膜外装有四个永久磁针，提供一个固定磁场。L0中通以直流电流产生固定磁场。这两个固定磁场使得L2内磁膜的磁场强度为H0，磁膜刚好在H0附近变化率dμ/dH最大。恰当选择H0相当于选择磁敏感装置的灵敏度。当有铁磁物体进入磁敏感装置周围空间时，通过磁膜的磁力线减少，磁膜处磁场强度减小，磁膜导磁率μ相应减小。由于L2的电感量与μ值成正比，所以L2的电感量也减小。这样就把目标靠近的信息转换成了高频线圈电感量的变化。

为了把L2的电感量变化转变为电压的变化，设计了磁敏感鉴频器，如图10-6所示。

电感L2与电容C2构成并联谐振回路，其谐振频率f2略高于晶体振荡器的振荡频率f0。如果L2C2回路Q值足够高，那么其谐振阻抗会很大，且具有很好的选频特性。设f0时回路阻抗为Z2。此并联回路与电容C1串联后接于晶体振荡器的输出端。当没有目标出现时，并联回路和C1将对晶体振荡器之输出按阻抗大小分配，如图示谐振回路输出为u2。当目标出现使L2变小时，则并联谐振回路谐振频率将升高，若谐振曲线形状不变，则Z2将显著变小，而晶体振荡器输出电压不变，则u2势必变小。这样就把电感量的变化变成了电压的变化。

由以上分析可见，目标由远到近，u2将连续变小；当弹目距离最近时，u2最小；当目标由最近点开始远离时，u2又不断增加。其波形如图10-7所示。

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图10-6　鉴频器电路

图10-7　鉴频器输出电压与弹目距离的关系

可以用检波器把u2幅度的变化检测出来，该信号即为磁敏感装置输出的目标信号，它反映了弹目的距离信息。检波波形如图10-7所示。

（2）放大及信号处理电路。该电路包括引爆脉冲形成电路、速度选择电路和抗干扰电路。其作用是识别目标，抑制干扰，保证在最佳位置给出启动信号。电路方框图如图10-8所示。

①引爆脉冲形成电路：电路由图10-8中上面第一行方框及第二行左边两个方框构成。图中各点电压波形如图10-9所示。

由磁敏感装置输出的目标信号电压ua幅度较小，经放大器放大后通过闸门电路再送给后级放大器。闸门电路相当于一个开关，是抗干扰和闭锁电路的一部分电路。在正常情况下，不出现抗干扰电路闭锁方波，闸门导通，信号电压通过。当炸弹刚由载机投下的一段时间内以及遇到快速铁磁体飞过等干扰时，由抗干扰电路送来一个1min的闭锁方波，闸门电路不导通，信号通不过，从而也就不可能产生引爆脉冲。

图10-8　放大及信号处理电路方框图

图10-9　引爆脉冲形成电路各点电压波形

通过闸门电路的信号经放大后其形状（ub）与输出信号（ua）相同。此信号分成两路，一路送给微分器，经微分的信号（uc）去触发双稳态触发器。若双稳态电路的翻转电平为u′和u″，那么当uc低于u′或高于u″时电路工作状态发生转换，如图10-9所示那样，它对应着目标不断接近引信，到最近点后又开始远离的情况。另一路经倒相、微分后变成极性与uc相反的电压uf，uf加到与上述双稳完全相同的一个双稳态触发器上。当uf由正变负并低于u′时，电路翻转，输出由高电位变成低电位。若电路设计使得，那么，双稳电路Ⅱ翻转时双稳电路Ⅰ尚未发生翻转。所以从uf＝u′到uc＝u″的Δt时间内ud和ug同时处于低电平并加到负与门上。如果此时速度选择电路的输出也是低电位，则负与门就输出一个启爆脉冲uH。

由以上分析不难看出此种炸弹为什么仅在弹目相距最近时起爆，或目标在接近过程突然离开时会起爆。

②速度选择电路：在分析引爆脉冲形成电路中已知，其最后一级负与门有两个输入端，即引爆脉冲形成有两个必备条件：其一是目标与引信距离最近，另一个就是速度选择电路也同时有负脉冲输出。所以速度选择电路是在所规定的速度范围内1～90km/h输出负脉冲的电路，在其他速度时它不产生负脉冲，故不可能产生引爆脉冲。图10-8中第二行右六个方框构成速度选择电路。弹目接近速度1～90km/h体现在电路中是1～40s范围内到达最近点才会产生引爆脉冲。速度选择电路各点波形如图10-10所示。

图10-10　速度选择电路各点波形

引爆脉冲产生电路的双稳态触发器Ⅰ的输出方波ud经微分削波后得到一负脉冲uh，这个负脉冲就出现在目标进入引信工作区的时刻tA。用此负脉冲uh去触发1s单稳电路，单稳电路产生1s宽的方波，此方波经微分削波得到正脉冲uj。此正脉冲uj比负脉冲uh晚出现1s。因此，正脉冲通过闸门电路去触发40s单稳态电路而产生40s方波，uk经倒相而变成40s负方波uL，这个负方波就是前面所讲的负与门的两个输入之一。因此，目标进入引信作用区直到最近点所用时间少于1s或多于40s都不可能产生引爆脉冲。

③抗干扰电路：抗干扰电路的作用是在引信刚接通电源或发现其他干扰时输出一个1min闭锁方波，从而关闭两个闸门电路，使目标信号和40s负方波信号不能生成，因而引爆脉冲不可能生成，保证了引信在接电和其他干扰作用下不会误动作。其电路是图10-8中的余下部分。

接通电源时，接电延时电路产生一个宽度约为1min的方波，通过或门送到速度选择电路和引爆脉冲产生电路中的两个闸门电路，使引爆脉冲不能形成。该方波还加至双稳态电路Ⅰ和Ⅱ，在闭锁方波消失时，使双稳态电路处于正常工作状态，因此又称其为双稳态电路的恢复脉冲。另一种情况是在保险开关接通时，送来一个接通信号正脉冲，通过正或门去触发1min单稳电路，产生1min正方波，通过或门送出1min闭锁方波，使引信不会由于保险开关接通时产生的瞬态过渡过程所出现的干扰而误动作。为避免接近时间小于1s但多次重复作用引起引信误动作，采用了一个受双稳电路Ⅰ、Ⅱ和1s单稳电路输出信号ud、ug和ui控制的负与非门电路。当这三个信号都处于低电平时，说明tD出现时间小于1s，负与非门输出一正脉冲uN，uN经过微分电路和正或门以后触发1min单稳电路，使其产生1min闭锁正方波。阻塞放大器是用来防止ub和ue过大的这类干扰，当发生磁爆时就有这种现象。阻塞放大器实质是两个工作在饱和状态下的放大器。当ub、ue很大，由于这两个信号相位相反，所以电压会很低，使放大器处于截止状态。这时，其输出电压较高，经微分后得到一正脉冲，通过正或门触发1min单稳电路，再通过或门送出闭锁方波。这就保证了引信在强干扰信号作用下不会误动作。

（3）自炸电路：如果炸弹投下4～5个月的时间内没有出现目标，自炸电路将自动引爆炸弹。自炸电路如图10-11所示。

图中D是7V稳压管，电源正常电压是9V。正常状态时BG1由R2提供基极偏流，使BG1处于饱和导通状态，BG2处于截止状态，BG2射极无输出。当电源长期工作电压降到7V时，稳压管D截止，故BG1变为截止，所以BG2导通，BG2射极将出现高电位，通过或门推动点火电路工作。

该自炸电路还有防拆卸作用。当拆卸使电路电源断开时，BG1会截止，由于有大电容C0的存在，BG2可处于导通状态，其射极有高电位输出，使点火电路工作。

以上简述了该引信主要部分的工作过程。配用该引信的航弹在越战中美国用来封锁交通曾起到很大作用。

图10-11　自炸电路电路图