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特點

超強的受沖擊能力

優異的受沖擊后的穩定性

MEMS加速度傳感器中最好的長期穩定性

溫度、振動及沖擊等惡劣環境下應用

小尺寸、質量輕

產品出口許可由瑞士管理，但不受國際武器貿易條例（ITAR ）限制

HS8030.D加速度傳感器應用于彈道系統

簡介

s1目前一些正在研發的新技術，如擴展區域保護和生存系統（ EAPS ），可用于對付來襲的敵方攻擊。然而，這些技術要求更多地使用遠程火炮并可能使平民傷亡的風險增大到不可接受的程度。因此，精確的火炮系統，智能彈藥和智能導彈將是未來發展的趨勢。與此同時，”智能炮彈”要求提高彈藥的精度，并且獨立于GPS的控制，并且集成了獨立可靠的能由傳感器（例如加速度傳感器）觸發的冗余自毀機制。這就要求傳感器在沖擊開始前直至受到撞擊后都能工作。如果沒有檢測到或沒有達到發射的目標，武器或是自我銷毀以消除殘留爆炸物對平民的威脅，或是使其自我失效。需要指出的是精度的提高也意味著需要更少的發射次數，因此能大幅度減少炮兵部隊的后勤。

除了必要的高性能傳感器，即，陀螺儀和加速度傳感器，Colibrys挑戰的是提供合適的彈道應用傳感器，以滿足制導和引信系統所要求的高抗沖擊能力和沖擊后的高穩定性。

MEMS傳感器技術在堅固防御系統中應用的最好例子之一是M982神劍，一種155毫米超遠程制導炮彈，由美國雷聲公司導彈系統分公司，和已并為英國BAE系統公司旗下的瑞典博福斯（Bofors）防務公司共同研發。該產品使用了慣性控制系統來提高精度，最大限度地縮小傷害范圍。尤其是在復雜的地形情況下，常規炮彈的有效性受到限制，后勤和補給不便，而該產品具有更高的工作效率。此控制系統面臨的一個主要的挑戰就是需要具有高精度的并且在極其惡劣的發射后的環境下還能穩定工作的慣性傳感器。

這種集成了Colibrys的MEMS加速度傳感器的智能炮彈，能夠承受發射時高達20000g的沖擊力，在GPS和/或慣性單元引導下，對50公里外的目標范圍內，命中誤差精度可達到數米甚至更小 。

導彈發射沖擊

沖擊是一種很大的加速度，通常可以通過振幅（通常為g），持續時間（通常為ms）以及基本輪廓（通常為半正弦波）來描述一個極端的加速度 。常規應用中面臨的沖擊是短時間內高振幅的震蕩，然而導彈發射的過程往往呈現長時間的極端振幅的震蕩，相當于更大的能量釋放。

通常情況下，標準的汽車級加速度傳感器要面對相當高的抗撞擊能力的要求。但是，在制導系統應用中，加速度傳感器不僅要求能承受更大的沖擊，更被要求能在此環境下穩定和精確的工作。因此我們區分這兩種為耐沖擊能力和沖擊后的穩定性。

導彈發射通常伴有所謂的“長時間高振幅沖擊” (典型值：20’000g, 8ms, 半正弦波) 和稱為“高頻振蕩”的短時間中振幅沖擊， (典型值：±5’000g to ±10’000g, 0.2ms, 半正弦波)， 取決于導彈的尺寸、形狀、材料和發射器的規格。這兩種不同情況對傳感器的影響差別很大，必須要仔細考慮。

圖 2: 理論沖擊值

圖 3: 實際發射沖擊值

長時間沖擊

從傳感器層面來說，這樣的沖擊可以被認為是準連續的加速度。這意味著，可以用離心機設備來重現這種沖擊的影響并測試傳感器的耐沖擊能力和沖擊后的穩定性。為了證明傳感器的完整性能，這種加速過程實驗必須在所有的三個自由度和正反兩方向上測試。

高頻沖擊

高頻沖擊攜帶的能量少得多，但卻潛在地影響傳感器的諧振頻率。在一些沒有適當的濾波的情況下，某些沖擊的幅度和頻率的組合將影響傳感器的性能和甚至損壞傳感器或陶瓷封裝本身。使用標準錘擊測試將只反應這種高頻率的震動沖擊的部分特性。

應用于導彈發射的傳感器測試

導彈發射的沖擊曲線取決于發射器的類型以及彈載，形式和材料。各種測試配置可以一定程度上模擬出傳感器的性能要求，但不能完全再現真實的火炮發射沖擊。首當其沖的測試是離心加速度與標準錘擊測試的組合。這種簡單的組合測試一般應用于最初的開發和鑒定測試。

其次，最好的開發測試肯定是Aerobutt測試。這個沉重的工具結合了上述兩種沖擊特性，并且能保持被測樣品安全完好。

數百只Colibrys的HS8000/ HS9000加速度計已經采用這種方法測試，可以提供相對良好的統計數據和非常好的測試結果。值得注意的是，此設備提供了和電磁軌道發射測試幾乎相同的結果。

對加速度器最終的考驗是結合沙地軟著陸的155毫米榴彈實地發射測試。安裝在IMU的加速度計能成功承受住11’800g到19’500g的沖擊力。對發射過程中最高沖擊力，加速度傳感器表現出良好的耐受性和極小的偏離。

圖4: Aerobutt 測試設備

圖5: 155mm G5 榴彈炮和精確彈藥

Aerobutt測試結果

在傳感器級別上，許多測試已經完成，以獲取抗沖擊能力的數據以及確定由于沖擊帶來的性能的變化。Aerobutt測試設備可模擬出高g值的多種組合情況。由于此設備可以在發射沖擊后短短幾分鐘內恢復傳感器的性能，許多加速度計使用圖5：155毫米G5榴彈炮進行了測量，以確定沖擊對傳感器性能的真正影響。

Colibrys HS8030.D 在沖擊后表現出優良的穩定性，偏離最大不超過15mg ，比例因子偏差小于1200ppm。

圖6 : 傳感器基于 Aerobutt 發射測試后數據的偏離, 沿3個軸向，跨度從 11’000 g 到 22’000 g

裝配要求

基于體硅加工的MEMS微機械加速度計擁有固有的高抗沖擊性。傳感器性能即使在離心加速度達到40’000g 時也沒有任何衰退。

應用于導彈系統的COLIBRYS加速度計的一個主要技術是其芯片粘接技術。該技術最大程度地減小了MEMS芯片的應力，確保了偏差的最小化。為了保障發射時傳感器的最小偏差， Colibrys開發了專有的芯片粘接技術，以保障傳感器的抗沖擊能力并確保應力對傳感器芯片的影響到最小化。這項新技術已被應用到抗高沖擊的HS8000和HS9000產品系列。

然而，將傳感器集成到IMU或子系統內的安裝步驟仍需要特別地注意。事實上，在灌封和封裝過程中，需要特別注意絕緣材料的設計和選擇，以保證最大程度地隔離和降低各種振動，防止導彈發射瞬間的沖擊對傳感器靈敏元件造成傷害。 HS8000或HS9000與防振材料的結合使用是COLIBRYS傳感器應用于導彈發射系統的關鍵。

HS8000 Colibrys 加速度計

HS9000 Colibrys 加速度計

總結

Colibrys已成功開發出應用于武器發射的加速傳感器。它的抗沖擊能力和性能達到了令人滿意的程度。作為一個獨立的產品或者集成在IMU中，本產品都已被廣泛的測試。所獲得的結果證實了其機械耐用性和傳感器在嚴酷的環境下的高靈敏度。該加速度傳感器是目前市售的Colibrys的廣泛的加速度傳感器產品組合的一部分。