一种简易的旋转弹体转速测量电路的制作方法

本发明涉及速度测量，尤其涉及一种简易的旋转弹体转速测量电路。

背景技术：

1、旋转弹体转速在修正弹体姿态误差、提升武器命中精度、预估弹体滚转角度等方面具有十分广泛的应用价值。当前，测量旋转弹体转速的方法大致有以下几种：

2、（1）基于太阳角方位测量：在弹体内部安装多个太阳方位角传感器，在预先得知太阳方位角传感器安装位置的前提下，通过对不同传感器输出脉冲信号的时刻进行解算。

3、（2）基于星历测量：星历测量法是通过图像传感器获取天体的图像信息，然后对所获得的图像信息进行解算处理，通过图像识别算法确认天体位置，从而依据天体的位置来计算弹丸旋转。

4、（3）基于加速度传感器测量：通过对加速度传感器采用不同的布置方式能够对物体的飞行姿态进行测量，常用的方式有：六加速度计，九加速度计和十二加速度计配置法。

5、（4）基于陀螺仪测量：陀螺仪具有稳定性好、原理和过程简单的优点，成为弹体滚转角测量的常用方法。然而陀螺仪的直接测量数据为弹丸滚转角速率，需要经过积分以后才能得到弹体的滚转角位移信息，累积误差较大。

6、（5）基于磁传感器测量：通过磁传感器获取弹丸飞行过程中不同时刻下在其敏感轴（磁芯方向）上的磁场强度值，计算并得出弹丸滚转角姿态。

7、这几种方法中，基于磁传感器测量方法获取成本最低，受弹体飞行环境影响小，应用最广泛。虽然当前基于地磁测量弹体旋转速度的技术已经较成熟，但存在电路复杂，功耗大，空间尺寸大的问题。常规基于地磁法的测量电路可以分为基于块体磁通门和基于磁阻传感器两类，其中，基于块体磁通门由于磁通门体积庞大，在很多弹载应用里容易受安装位置和重量限制而不被常用。基于磁阻传感器的方式虽然尺寸问题得到了解决，但由于磁阻传感器使用时需要置位复位操作，测量带宽有限，因此电路较复杂而且在高速旋转弹应用也受到了限制。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，具有低复杂度、高效简洁等特点的一种简易的旋转弹体转速测量电路。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种简易的旋转弹体转速测量电路，用于安装在弹体上随弹体旋转并测量弹体转速，包括磁通门单元，所述磁通门单元包括磁芯、激励线圈和感应线圈，还包括信号产生单元、激励单元、检波积分单元和调理输出单元；

3、所述信号产生单元用于输出频率分别为f0、、的第一信号、第二信号和第三信号；

4、所述激励单元输入端接频率为的第三信号，输出端接激励线圈，用于产生功率放大且频率为的激励信号，对磁通门单元进行激励，使其感应线圈产生感应线圈信号vgin；

5、所述检波积分单元包括模拟开关芯片ic2、异或门芯片ic4、运算放大器ic5、电容c2、电容c4、电容c5、电阻r6、电阻r9、电阻r13；

6、所述异或门芯片ic4两输入端分别接第一信号和第二信号，用于输出频率的且相移45°的第四信号；

7、所述模拟开关芯片ic2包括输入端in、常闭端nc、常开端no和公共端com，输入端in接ic4的输出端、常闭端nc接地、常开端no经r6接ic5的反向输入端、公共端com经c2接感应线圈；

8、ic5的正向输入端经r13接地，c4两端接ic5的反向输入端和输出端，其中ic5与r6、r13和c4组成积分电路，r6与常开端no间经c5接地，使r6和c5构成低通rc滤波器；

9、ic5的输出端分为两路，一路经r9接感应线圈，构成磁通门单元的负反馈电路，另一路接调理输出单元；

10、所述调理输出单元，包括整流二极管d1、电阻r12和齐纳二极管d2，ic5输出端依次经d1正极、r12后输出，d2正极接地，负极接r12远离d1的一端。其中，磁通门单元是一种微型mems磁通门，具有体积小、易集成的特点。

11、作为优选：所述信号产生单元包括rc振荡电路和分频芯片ic3；

12、所述rc振荡电路用于产生频率为f0的时钟脉冲；

13、所述分频芯片用于输入时钟脉冲，并对其分频处理输出频率分别为f0、、的第一信号、第二信号和第三信号。

14、作为优选：所述rc振荡电路包括晶振x2、电阻r4、电阻r5和电容c3，r4>>r5；

15、所述分频芯片ic3为sn74hc4060pwr，且分频芯片ic3内部含有时钟振荡电路，ic3的rs端与电阻r4连接，rtc端与电阻r5连接，ctc端与电容c3连接，且电阻r4、电阻r5和电容c3的另一端相连，。

16、作为优选：所述激励单元产生激励信号，具体为：

17、激励单元输入端接分频芯片ic3输出的激励信号，输出端接激励线圈，在激励信号的正脉冲到来时，对激励线圈正向激励，使磁芯达到正向饱和，在激励信号的负脉冲到来时，对激励线圈反向激励，使磁芯达到反向饱和，从而生成功率放大且频率为的交变电流，作为激励信号。

18、作为优选：所述激励单元包括pmos管q1a、nmos管q2a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1；

19、其中，q1a和q2a的g极接分频芯片输出的激励信号，q1a的d极经电阻r1、电阻r3接q2a的d极，电阻r2一端接电阻r1、电阻r3之间，另一端经电容c1接激励线圈，q1a的s极接工作电源vb、q2a的s极接地；

20、当激励信号的正脉冲到来时，q1a导通、q2a断开，电流经q1a为电容c1充电，进行正向激励，当激励信号的负脉冲到来时，q1a断开、q2a导通，电流经电容c1回流到地，进行反向激励。

21、作为优选：检波积分单元中，r6和c5构成的低通rc滤波器，频率为。

22、本发明中各单元作用如下：

23、（1）信号产生单元：目的是由rc振荡电路产生工作激励时钟，再经分频芯片ic3后产生多路同相不同频的时钟信号，供后级电路使用。

24、（2）激励单元：其目的是进行电压变换和功率放大，产生足以磁通门激励线圈激励磁芯达到饱和状态的能量，使磁芯处于周期性过饱和非饱和交替状态，从而使得感应线圈产生感应线圈信号vgin，根据本发明电路设计，感应线圈信号vgin经电容c2后，形成磁通门感应信号vgin2。

25、（3）检波积分单元：其目的主要是提取磁通门单元中感应线圈上的二次谐波分量，同时完成信号积分，从而输出稳定的模拟电压信号vout1。此时输出的模拟电压值与所测量磁场强度具有一定线性关系。

26、检波积分单元的工作原理为：第四信号为方波信号，当第四信号高电平时，模拟开关芯片ic2的公共端com与常开端no接通，磁通门感应信号vgin2经r6输入到ic5的反向输入端，经过积分电路积分，从ic5的输出端输出模拟电压信号vout1，并且满足；当第四信号为低电平时，模拟开关芯片ic2的公共端com与常闭端nc连接，磁通门感应信号vgin2与gnd接通，此时电容c5没放电，所以此时ic5输出的vout1保持不变。

27、（4）调理输出单元：其目的是产生周期脉冲信号，信号的幅值受齐纳二极管d2控制，信号的周期与转轴旋转速度一致，单位时间内脉冲个数就是旋转弹体旋转速度。调理输出单元的工作原理为：输入vout1，经d1仅保留正周期电压信号vout2，再经过齐纳二极管d2后，将vout2钳位到适合微控制芯片采集的3.3v电平，输出周期脉冲信号vout。

28、与现有技术相比，本发明的优点在于：

29、针对旋转弹体转速测量应用场景下转速快，磁场变化大的特点，设计了一种简易的转速测量电路，使用微型mems磁通门作为磁场感知单元，减少了传感器尺寸重量，降低了电路复杂程度，更容易使磁芯处于周期性过饱和与非饱和交替状态。

30、本发明电路设计特殊，无需借助软件方法，即可在弹体旋转的工况下自发产生与旋转周期同频的周期脉冲信号vout，由于该信号正好和弹体旋转频率同频，即反应了弹体旋转速度。后续在应用时，仅需通过单位时间内计算产生的脉冲个数，就能计算得到弹体当前飞行的转速参数，参与弹体导引头中飞控系统运算。测速原理复杂度低、高效简洁。

31、为了产生所需的周期脉冲信号vout，由调理输出单元将正弦信号调理成方波信号，将电阻r9作为反馈电阻，通过调节r9阻值控制信号输出幅值，改变方波上升沿时间；使用整流二极管和齐纳二极管实现了比较器功能，去掉了比较器电路对参考电源的需求，达到了简化电路的目的，更容易实现微型化集成。