在兵器研制、生產(chǎn)以及射表編制中，需要經(jīng)常測試彈丸的速度，傳統(tǒng)方法主要有區(qū)截裝置和多普勒雷達(dá)2種,，區(qū)截測速法由于安裝簡便、儀器設(shè)備成本低等優(yōu)點,，已得到普遍應(yīng)用,。光幕靶是一種以光電轉(zhuǎn)換技術(shù)為基礎(chǔ)的彈丸速度測量區(qū)截裝置，采用人工光源,，因此操作簡便穩(wěn)定性好,，靈敏度和測試精度較高。這里提出一種新型紅外光幕靶" style="color: blue; text-decoration: underline" title="紅外光幕靶">紅外光幕靶光電探測系統(tǒng)與信號調(diào)理電路設(shè)計,，采用紅外發(fā)光二極管作為發(fā)光光源,，通過光電二極管陣列進(jìn)行接收信號，將該信號處理后再接到測試儀器上,，從而得到彈丸過靶速度,。

　　1 發(fā)光系統(tǒng)

　　設(shè)計中采用紅外發(fā)光二極管陣列發(fā)射紅外光，形成光幕,，相鄰的發(fā)光二極管的直徑為5 mm,，則緊密排列后其中心間距為5 mm。根據(jù)紅外發(fā)光二極管的壓降,，工作電流,，額定電壓等，設(shè)計出能使發(fā)光管發(fā)光強(qiáng)度滿足要求，并能穩(wěn)定工作的電路,。

　　以往的光幕靶大多采用恒壓源的設(shè)計方法,，但是由于影響紅外發(fā)光二極管發(fā)光亮度與穩(wěn)定性的主要因素是為流經(jīng)其電流大小，因而采用LM317" style="color: blue; text-decoration: underline" title="LM317">LM317設(shè)計恒流源電路,，具體電路圖如圖1所示,。該電路設(shè)計采用LM317的標(biāo)準(zhǔn)恒流源電路接法，其輸出電流Iout為：

　　2 光電轉(zhuǎn)換電路

　　利用紅外光敏二極管作為光電轉(zhuǎn)換器件完成光信號到電信號轉(zhuǎn)換,。這種器件具有響應(yīng)速度快,、體積小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于光電檢測,。該電路設(shè)計采用由50只光敏二極管連接起來組成陣列,，如圖2所示，圖2只給出其中2路,，其余各路連接方法相同,。其中，電阻R1,、R2為取樣電阻,，阻值可稍大一些，有利于增加電路靈敏度以提高整個測試系統(tǒng)的靈敏度,；電容C5、C6主要用于交流耦合,。

　　3 放大電路

　　在測試系統(tǒng)中,，當(dāng)彈丸穿過靶面時，由由光敏二極管輸出的電信號比較微弱,，如果此輸出信號直接輸出到后續(xù)電路往往會被噪聲淹沒,，因此要有效利用該輸出信號，必須對其進(jìn)行放大,。放大電路的作用就是放大光敏二極管輸出的微弱電信號,，使之滿足后續(xù)處理電路的需要。電路需放大1 000倍左右,，以往的光幕靶設(shè)計采用兩級放大(圖3),，由于放大倍數(shù)過高，導(dǎo)致兩級放大噪聲和溫漂等比較嚴(yán)重,，因而該設(shè)計采用三級放大電路,，如4圖所示。其中每一級放大10倍,，由于是阻容耦合,，因而放大l 000倍左右。其中每一級后連接有低通濾波電路,。該電路設(shè)計為低于50 kHz的信號才可通過,。

　　4 觸發(fā)電路

　　在系統(tǒng)中,，彈丸穿過靶面時產(chǎn)生的信號將觸發(fā)后續(xù)的計時電路，產(chǎn)生觸發(fā)計時脈沖的時刻應(yīng)該不受輸入信號幅度的影響,。一般槍炮彈丸垂直穿過靶面時,，波形前沿變化較緩慢，而波形后沿陡峭,，如圖5所示,。

　　彈尖觸發(fā)方式就是利用彈丸過靶信號的波形前沿觸發(fā)后續(xù)計時電路。這種觸發(fā)方式由于過靶信號的波形前沿斜率較小,，同時不同光幕靶的光幕厚度存在差異,，使得彈丸在穿過不同光幕時產(chǎn)生的觸發(fā)時刻一致性較差，因而造成較大的觸發(fā)誤差,；而彈底觸發(fā)方式則是利用彈丸過靶信號的波形后沿來觸發(fā)后續(xù)計時電路,。常規(guī)過靶信號處理會采用波形后沿信號二次微分零值點作為觸發(fā)點。相比較而言,，彈底觸發(fā)方式具有較強(qiáng)的抗干擾能力,。適用于一般的彈丸測試。

　　在觸發(fā)電路設(shè)計時,，首先利用電壓比較器將彈丸過靶信號變?yōu)槊}沖信號,，電壓比較器的門限可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后再利用CPLD" style="color: blue; text-decoration: underline" title="CPLD">CPLD器件進(jìn)行彈尖,、彈底選擇,，當(dāng)選擇彈尖觸發(fā)時，讓經(jīng)過電壓比較器后的脈沖信號直接輸入到后續(xù)電路中,；當(dāng)選擇彈底觸發(fā)時,，經(jīng)過電壓比較器后的脈沖信號，再經(jīng)濾波電路,，最后輸出一個固定脈寬的脈沖到后續(xù)電路,。這里采用電壓比較器LM311設(shè)計比較電路，將彈丸過靶信號設(shè)計變?yōu)槊}沖信號,，其具體電路原理圖如圖6所示,。

　　5 濾波電路

　　光電靶在工作過程中，當(dāng)靶面內(nèi)的光通量發(fā)生足夠大的變化時,，光電傳感器" style="color: blue; text-decoration: underline" title="光電傳感器">光電傳感器就會響應(yīng)這種變化而產(chǎn)生電信號,，也就是說，一些非彈丸物體在穿過靶面時也會使得光幕內(nèi)光通量發(fā)生變化以至光電傳感器產(chǎn)生電信號,。根據(jù)光電靶的工作原理,，穿過靶面的飛行物體速度不同，遮擋的時間就不同，在電路中表現(xiàn)為比較器后產(chǎn)生的方波脈沖的寬度不同,。

　　式中,，l為飛行物的長度，d為光幕面的厚度,，v為飛行物的速度,。

　　沖擊波以聲速計算，v為340 m／s,，d=3 mm,，則可知沖擊波穿過光幕產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度為：；若v=330 m／s,，則t1≌9．1 μs,。蚊蟲等飛行物飛行速度v為20 m／s，物體長度l約為10 mm,，則可知蚊蟲飛過光幕產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度,。紅外密集度立靶測試系統(tǒng)測試彈丸彈速范圍為200～l 200m／s，主要用于5．8,、7．62,、9 mm 3種彈，沖擊波的影響主要產(chǎn)生于對9 mmx19 mm的手槍彈的測量,，該彈丸彈速約為320 m／s,。根據(jù)彈速和彈長，可知彈丸穿過光幕產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度,。

　　根據(jù)靶場實際測試情況,，彈丸穿過光幕時產(chǎn)生的方波信號脈沖寬范圍為150～10μs則認(rèn)為脈沖寬度為該范圍內(nèi)的信號為無效，則需剔除,，此時可將蚊蟲干擾信號和沖擊波信號濾除，從而達(dá)到抗干擾的目的,。

　　6 實驗結(jié)果

　　在重慶某靶場,，廠方對紅外密集度光電立靶進(jìn)行實彈射擊驗收試驗，測試數(shù)據(jù)如表1所示,。

　　由表1可看出本系統(tǒng)在實彈測試中數(shù)據(jù)穩(wěn)定,，沒有出現(xiàn)脫靶與數(shù)據(jù)不合理的情況，達(dá)到靶場測試要求,。

　　7 結(jié)論

　　通過理論分析和實彈測試,，證明了該光電探測系統(tǒng)及信號處理電路已成功地獲取了彈丸過靶信號并能觸發(fā)測時儀，能夠得到穩(wěn)定的彈丸過靶信號,，其抗干擾能力較強(qiáng),。適用于各類口徑的彈丸測試。