反射式大面积光幕测速装置研究

　　引　言

　　武器系统在研制、定型、生产及交验过程中都需要检测弹丸的速度、射频等参数。常规区截装置(如,线圈靶、天幕靶、光幕靶等)在测量弹丸速度时,由于测试区域小,易发生弹丸击中测试区截装置的现象,尤其针对某些异形弹、脱壳类弹种、弹幕武器系统及战斗部破片的速度测量时,易使区截装置损坏,需在靶前面设置防护装置,而且,由于靶面大小所限,一般仅适用于30mm以下口径各种弹丸初速的测量^[1~3]。因此,迫切需要较大有效测量区域的区截装置。

　　1　装置组成与工作原理

　　总体方案如图1所示,由激光光学系统、信号采集器、全反射镜、标杆、反光膜组成。反光膜贴于标杆上。激光光学系统产生一扇形光幕穿过全反射镜中的孔投射于贴于标杆的反光膜上,反光膜将光路沿原路返回,聚焦在激光光学系统之前的全反射镜上,全反射镜将该光斑反射到信号采集器内。测试时,将两台标杆反射式光电靶放置于预定弹道上。当弹丸或飞行破片穿过每个扇形光幕测试区时,遮断了光路,使信号采集器接收到的光通量发生变化而输出光电流信号,电路将此电信号经过放大整形,最后输出一个脉冲信号作为弹丸穿过标杆反射式光电靶时刻的信号。当弹丸穿过每个标杆反射式光电靶时,均产生一个过靶信号,通过记录这2个时刻,得到弹丸在两靶面间飞行的时间,由此可以计算出弹丸在这段弹道上的平均速度,完成射频与速度测量。

　　2　光学系统特性分析

　　光源的性能直接影响着光幕靶给出过靶信号的正确性和可靠性。半导体激光器发出的单色光经柱面镜和光阑处理后展成具有一定厚度的扇形光幕。按照设计要求,激光光源从发射到接收需经过以下几个环节: 1)发射后到达6m外的反光膜; 2)反光膜逆反射; 3)返回6m至光电探测器件接收,此过程会影响到接收的光强,因此,有必要研究激光在此光路中的传输与反射特性,确定市售的激光光源经过反光膜后能否满足光电信号探测器的启动条件。

　　反光膜是利用光学原理能把光线逆反射回到光源处的一种特殊结构的PVC膜,广泛应用于高等级公路和城市道路的交通标志板中。反光膜对可见光的反射能力由逆反射系数来表示^[4]。

　　为了验证反射膜的性能,对系统光信号反射后的光照度进行了测试。光源采用650 nm /80mW红光半导体激光器,经光学系统处理后产生扇形光幕投射到反光膜上。反光膜选用逆反射系数较大的3M公司的DG3钻石级产品。将光照度计置于光源处,反光膜分别置于离光源1~6m处进行测试,图2为反射光的光照度衰减拟合曲线。从测试结果可以看出:光照度呈指数衰减。将反光膜置于距光源6m处,激光经反光膜反射后所测得的光照度可达到23 lx。由于系统光信号反射后在全反射镜上形成的是一个光斑,经过透镜聚焦后,系统光敏阵列实际接收到的光照度要略大于这个值。