大靶面光电探测靶光源研究与设计

　　0　引言

　　光电探测靶主要应用于外弹道探测弹丸信息的触发仪[1],可以采用自然光和人工照明两种光源工作。室外使用的光电探测靶,大都采用以自然光作为工作光源,如高空立靶测量系统的探测靶[2-3],多光幕交汇测量系统[4]等,它的作用视场较大,探测灵敏度较高,探测距离远。当前,室内使用的光幕靶[5]采用阵列光电接收器件与阵列发光光源等长结构设计,无需光学镜头,结构相对复杂,其作用靶面较小,一般小于2 m×2 m靶面,其优点是测量精度高。为了增大室内使用的光幕靶作用靶面,需要增加光电阵列接收器件数量与阵列发光光源的长度,必须增大结构框架,这种设计比较笨重,且光电接收部分与发光部分比较难以对准,使测速或测量其他参数的光幕难以校准,测量精度得不到保证。而基于室外应用的光电探测靶具有探测灵敏度高、作用视场大等特点,引入室内测量,光幕易于校准。为了保证光电探测靶室内正常工作,需要配备满足需要的大靶面光源。本文结合光电探测靶的探测特点,分析与设计大靶面光电探测靶工作的线光源。

　　1　光电探测靶探测灵敏度与探测器特性分析

    为了设计满足室内需要的线光源,需要了解光电探测靶的探测灵敏与探测器件特性。光电探测靶的探测灵敏度是指在一定的光照条件下,仪器能感知测量的最小量,它可以表示为[6]。

　　式中,Q1为光幕接收到的全部光能量,Q2为能够使仪器产生输出信号必须遮住掉的最小光能,δ为探测灵敏度。从光电探测靶的灵敏度概念可知,在放大电路确定以后,光电探测靶的探测灵敏度还与必须被遮拦掉的最小光能量有关,它是一个常量,如果光电探测器件接收到的全部光能量越多,它所占的比率越小,灵敏度越高。在同样的光照条件下,光电探测器件上能接收到的光能多少,取决于镜头孔径、光从固定狭缝到光电接收器件间转换的光能损失[7]。为提高探测灵敏度与增大作用视场,采用多元阵列探测器设计光学探测系统,其结构是由多个PIN光电二极管构成,每个单元的光电二极管边长为2.5 mm的正方形,两个单元间的间距为0.1 mm,可根据需要设计一定长度的光电接收管,如图1所示。其特点是:探测面大、响应速度快、噪声小、串扰小、一致性好、性能稳定可靠。

　　所用多元阵列探测器光谱波长范围为0.4~1.1μm,但在0.65~0.9μm波长范围的响应度较高,转换的效果比较好。为了提高探测灵敏度,可以根据光电探测器的光谱特性,选择在0.65~0.9μm波长的发光器件。因此,结合新研制的光电探测靶的多元阵列探测器光谱特点,可设计大靶面主动光源,以改善室内弹道测量的不足,提高探测灵敏度与作用视场。