編碼式光幕立靶測試系統的研究

1 引言
在輕武器的生產和研製的彈丸質量評定中，要求測試彈丸速度以及測量彈丸在靶面上的散布情況，即射擊密集度。射擊密集度是低伸武器射擊性能的一項重要指標，它與武器效能有關。傳統測量射擊密度是在預定的彈道上豎立硬紙靶．射擊一定次數後，人工測量紙靶上留下的彈孔。該方法操作簡單，但測量結果不夠客觀，測量精度不高。目前射擊實驗大多採用無形靶，包括聲靶，光電靶以及基於無線電測量等。雷射光幕靶是光電靶中的一種，它主要由雷射系統和計算機系統組成。雷射系統由雷射二極體和雷射束構成網格，網格的間距根據武器彈丸大小進行調整。當彈丸將雷射束切斷時，相應的二極體產生一個脈衝，經轉換為數位訊號傳輸到計算機。以光電轉換為原理的光纖編碼立靶測試系統具有測量精度高、有效靶面大等優點，但是其光纖編排工藝複雜，測量結果不是彈道預定點的著靶位置，室內同樣需配置人工光源，且組成較大靶面時成本大、系統複雜。因此，為了構建低成本、大面積、高精度的立靶精度測量系統，對信號接收電路編碼，並與平行光幕設計相結合實現彈丸坐標的測量。

2 光電靶原理及結構
光電靶是利用光源與透鏡組合發射平行光束，光電二極體接收，形成垂直交叉的光路網隔，網隔距離(二極體間隔)是由子彈直徑確定。其數目則根據子彈直徑和靶面的大小確定。彈著點坐標測量系統架構如圖1所示。

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傳統的目標靶紙置於光電靶前，兩靶同軸。當子彈擊中靶面時，子彈遮擋住X軸、Y軸各一束光路，改變對應的光電二極體的開關狀態，此時，所有的光電二極體的開關狀態都已被編碼，編碼後的數位訊號由計算機處理後即得到子彈擊中靶面的位置。這其中，光電二極體能否檢測子彈快速遮擋光路這一動作，主要由光電二極體的響應時間決定。通常子彈擊中靶的速度小於l 000 m／s，被遮擋光路的有效長度大於5 mm，由此得出子彈遮擋光路的時間大於5 ms，而普通光電二極體的響應時間小於0．1 ms，因此可滿足測量要求。

3 平行光幕系統的設計
平行均勻矩形光幕系統由半導體雷射器、光闌、鮑維爾透鏡、焦距為650 mm的菲涅爾透鏡和光敏二極體陣列組成。平行光幕系統選用點狀半導體雷射二極體作光源，具有體積小、效率高、成本低、無需高壓電源、壽命長等優點。使用光闌選取雷射器點光斑中間光強比較均勻的部分。鮑威爾透鏡是一種光學劃線透鏡，使雷射束通過非球面透鏡最優化地劃成光密度均勻、穩定性好、直線性好的一條直線，達到線形雷射整形的目的。利用菲涅爾透鏡的平行聚焦特性，讓點光源從菲涅爾透鏡的焦點發射，經過它之後形成平行光。圖2為平行光幕系統圖。