[一种新型非晶丝磁引信炸雷的作用原理]磁引信.docx

第PAGE\*Arabic\*MERGEFORMAT7页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT7页[一种新型非晶丝磁引信炸雷的作用原理]磁引信摘要。以磁引信炸雷探测并攻击坦克等铁磁目标为应用背景，对一种新型非晶丝磁引信炸雷的作用原理进行了阐述。研究了非晶丝磁引信的巨磁阻抗效应及其对整个炸雷的引爆机制，探讨了该类磁引信炸雷的设计方案，为非晶丝磁引信材料磁效应的理论计算提供了一种计算方法，为新型磁引信炸雷的设计提供了一种新的模式，并为该类炸雷下一步实验上的研制提供了一点理论支持。关键词：磁引信；炸雷；非晶丝；作用原理中图分类号：o482.54文献标识码：a引言引信的性能优劣直接关系到炸雷的战技指标和对目标的摧毁能力[1]，它的重要性已经引起了越来越多军事强国的关注。传统拉环式发火引信功能单一，性能偏低，而且训练结果显示其安全指数也较低，存在失手爆炸的隐患，因此，目前世界各国竞相应用现代先进科学技术研制各类新型磁引信炸雷[2]，以提高炸雷的战术性能。作为近炸引信之一的磁引信，由于具有探测灵敏度高，不受云、雾、尘埃和战场烟雾等影响的天然优势，业已成为国内外引信领域的重点研究对象[2]。笔者工作组将根据战场实际需要研发一种能对弱磁信号进行检测[3-7]的磁引信炸雷，本文对该炸雷新引信的作用原理进行理论分析，为以后从实验上模拟及研制该型磁引信炸雷提供一些理论方法。1新型非晶丝磁引信炸雷的作用机理1.1非晶丝磁引信的巨磁阻抗效应（gmi特性）要提高磁引信的目标探测能力就必须寻求一种具有良好软磁特性的新兴材料作为磁引信探测器的敏感材料，使引信探测器的分辨率达到nt量级，从而保证对微磁、弱磁信号的检测[8]。上世纪90年代初，日本名古屋大学的k.mohri和l.v.panina在co-fe-si-b软磁非晶丝中发现了巨磁阻抗（giantmagneoto-impedance，gmi）效应[8]，为nt范围的微磁传感器的研发开辟了新的途径。非晶丝是一种新型软磁材料（多为co基非晶和fe基纳米晶的丝或条带），其显著特点在于：在没有高频交变电流或脉冲激励的前提下，它不会显示出任何磁特性，因此该材料用于引信系统可抵御弹道上的多种有源和无源干扰。这也是笔者工作组将选用这种材料设计新型磁引信炸雷的原因之一。所谓非晶丝的巨磁阻抗效应是指当软磁非晶丝中通以高频交变电流时，材料的阻抗会随着该丝的纵向所加的外磁场变化而灵敏变化的现象。因此，利用非晶丝的巨磁阻抗效应可显著提高该类武器系统的探测灵敏度和定距、定位精度。非晶丝的体积甚小，普通非晶丝直径约为150，一般二维集成的mi传感元件其尺寸为，这么小的尺寸对于该引信系统的微小型化十分有利。1.2磁引信炸雷核心元件发生作用的基本原理炸雷对目标攻击的精确程度取决于其核心元件--磁引信的探测机制是否合理和准确。利用巨磁阻抗效应制成的非晶丝磁引信可以同时满足高灵敏度、尺寸微型化、响应快速等基本要求。该类磁引信的巨磁阻抗效应表现为：引信（丝或条带状）的阻抗随外加磁场发生显著的变化，它是一种与外磁场相关性较强的交流电子传输现象。一般利用外磁场作用下的阻抗变化率来代表巨磁阻抗效应，通常定义为：式中为外加磁场强度为hex时非晶丝的阻抗；为外加磁场强度为0时非晶丝的阻抗。该定义有利于样品物理机理的研究。如图1所示，设非晶丝电路中与丝串接的滑线变阻器的电阻为r，j为虚数单位，用iac表示高频交变电流的幅值，用表示该交变电流相位变化的频率，假设通电时间为t，该电路中的感抗用l表示，用uac表示非晶丝磁引信两端的端电压，那么，任意t时刻通过非晶丝的高频电流强度可以表示为，丝两端的复阻抗可以表示为：根据上述阻抗的定义，在高频电流激励下，材料的阻抗可以由maxwell电磁理论推得，假设rdc为该材料的直流电阻；a为非晶丝的半径，圆柱结构导体的阻抗可表示为：式中j0和j1为零阶和一阶bessel函数，其中k为与趋肤深度有关的物理量：假设材料的电导率用表示，通过样品的电流频率用f表示，材料的圆周磁导率用表示，引入光速c，圆周率常数，虚数单位j，式中磁性导体的趋肤深度有如下定义[9]：，根据、式，gmi效应可以理解为。由于软磁材料的磁导率要比非磁性导体高的多，这使得磁引信在较低的频率下就能出现趋肤效应，外界磁场hex的变化导致了其磁导率的变化，进而影响到趋肤深度，最终导致非晶丝磁引信阻抗的变化。1.3非晶丝磁引信炸雷的引爆机制信息化战争要求武器系统之间及时地将有用信息进行交联，以便快速、实时、