基于爆炸光的零时刻记录仪设计

摘要

在冲击波超压测试系统中，战斗部的爆炸时刻对爆炸参数计算和毁伤威力评估具有重要意义。炸药引爆时伴随强烈的火光产生，火光能作为测量爆炸时刻的重要信号源。在现有多种炸点时刻测量方式的背景下，提出将爆炸光作为信号源测量爆炸零时刻的方法。 （1）为得到爆炸火光光谱范围，利用红外热像仪、高速摄像仪获取几种类型炸药的爆炸时刻的温度和高速图像，通过分析测量数据得出，所测炸药的爆温集中在2000K到3000K，对应光谱波段范围为0.9μm-1.5μm之间。因此选择在光电器件前加装窄带滤光片，筛选固定测试波段。根据光电转换原理，对比各类光电器件的上升时间、暗电流、灵敏度及噪声等参数，筛选适用于测量爆炸光的光电器件。通过对多种微弱电流转换电路分析得出，转换电路应该具有输入阻抗高、噪声低、响应速度快等特点。 （2）选择符合要求的硅光电二极管并加入积分反馈的跨阻放大器组成零时刻记录仪中的光电探测部分，通过FPGA控制A/D和Flash对光信号进行采集存储，实现零时刻记录仪的整体设计。设计可调节俯仰角的机械结构，使光敏面能够对准爆心。 （3）对零时刻记录仪样机进行测试实验，结果表明，该测试系统能够准确测量爆炸起始时刻，为后续评测提供有效参数，且测试系统具有可靠性。另外针对零时刻记录仪在大当量测试时需要使用引线式测试的情况，通过理论分析及模拟实验，得出在引线长度超过250米后，线缆会造成频率高于85KHz信号畸变的结论。

目录

声明

1 绪论

1.1爆炸时刻的测量研究背景及现状

1.2相关研究及现状

1.2.1炸点时刻测量仪的相关研究现状

1.2.2光电探测研究背景及现状

1.2.3微弱电流测量的研究背景及现状

1.3本文的主要工作及章节安排

2 爆炸光测量的理论基础

2.1爆炸光信号分析

2.1.1爆炸光谱分析

2.1.2太阳光信号分析

2.1.3爆炸光上升时间分析

2.2光电探测原理

2.2.1光电器件简介

2.2.2常见的光电转换电路

2.3本章小结

3 零时刻记录仪硬件设计

3.1光敏元件选型

3.2光电转换电路设计

3.3动态特性分析

3.3.1电路输出范围计算

3.3.2响应时间计算

3.4 基于FPGA的数据采集模块设计

3.4.1工作状态设计

3.4.2 电源管理模块

3.4.3数据采集部分

3.4.4 数据存储部分

3.5机械结构设计

3.6本章小结

4 零时刻记录仪性能验证

4.1实验室测试

4.2火药及炸药试验

4.3线缆对信号传输的影响

4.3.1线缆传输特性分析

4.3.2线缆传输模拟实验

4.4主要工作

5 总结与展望

5.1总结

5.2 创新点

5.3 不足与展望

参考文献

硕士期间发表的论文及取得的研究成果

致谢