光电二极管阵列光幕探测与处理电路设计

摘要

在靶场测试技术中，弹丸速度的测量是研究枪和子弹性能的一个重要的指标。目前，弹丸速度的测试方法通常为定距测时法，即通过测量弹丸通过某一段的时间和距离来计算弹丸在某一点的速度。光幕靶可以说是对定距测时法应用的代表。光幕靶自带人工光源，不受外界环境的影响，探测灵敏度高，在弹道参数的测量中有很大的应用。但是目前光幕靶的靶面过小，仅适用于小口径弹丸的测速。本文将在XGK-2002型光幕靶的技术基础上来研制更大靶面的光幕靶，以期对大口径弹丸的测量提供方便。论文主要研究内容包括:
　　(1)对光电二极管的特性进行分析，找出影响光电二极管频率特性的主要因素，并最终选取BMV38D型PIN光电二极管作为光幕靶的接收器件;在目前光幕靶接收器件阵列的排布方式上对二极管的排列进行进一步优化，在不影响光幕靶的频率特性和灵敏度的情况下，以达到增大靶面的目的;
　　(2)针对光电二极管阵列的排布方式，设计相应的信号处理电路，对二极管输出的微弱变化的电流信号进行采集放大，输出有效的弹丸过靶信号。对设计的电路进行实弹射击，以验证大靶面光幕靶在功能和频响特性等方面的性能;
　　(3)针对光幕靶系统使用过程中易出现的电缆故障，研究了两种线缆故障的检测方案，即离线的线缆检测和在线的线缆检测。为不同情况下的线缆检测提供技术支持;
　　(4)通过分析低温对电路的影响，选择合适的芯片对光幕靶的电路进行低温试验，来验证光幕靶在低温环境下的性能。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外光幕测试技术研究现状

1．2．1 弹丸速度测量技术的发展

1．2．2 光幕靶技术的发展概述

1．3 设计指标

1．4 本文的内容结构

2 光电二极管等效电路分析

2．1 光电二极管特性分析

2．1．1 频率响应特性

2．1．2 光电二极管的等效电路分析

2．2 光电二极管的选型

2．3 光电二极管的偏置工作方式

2．4 本章小结

3 光电二极管阵列布排优化设计

3．1 总体方案设计

3．2 光源的设计

3．3 光电二极管线阵列排列

3．3．1 原有光电二极管的排列方式

3．3．2 光电二极管的排列优化

3．4 本章小结

4 信号处理电路设计

4．1 信号处理电路的设计

4．1．1 电源电路

4．1．2 差分放大电路

4．1．3 信号合成电路

4．1．4 后级放大电路

4．1．5 信号驱动电路

4．2 实验及结果分析

4．2．1 电路板的调试

4．2．2 实弹射击实验

4．3 本章小结

5 信号传输电缆故障检测电路设计

5．1 线缆故障检测原理

5．2 线缆故障检测方案论证

5．3 线缆故障检测电路设计

5．3．1 单片机外围电路设计

5．3．2 故障检测电路设计

5．3．3 显示电路设计

5．4 软件设计

5．4．1 中断程序设计

5．4．2 自检子函数

5．4．3 检测程序

5．5 在线线缆检测方式的研究

5．5．1 供电芯线的检测

5．5．2 信号芯线的检测

5．6 本章小结

6 低温电路实验

6．1 低温对电路的影响

6．2 低温芯片的选择

6．3 低温试验

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 存在的问题及展望

参考文献

致谢

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