CN101285666A - 基于四象限光电探测器的激光打靶器 - Google Patents

Abstract

基于四象限光电探测器的激光打靶器，包括激光发射***、激光接收***以及信号处理部分，所述激光接收***是由基板、半透半反镜、成像屏、透镜、滤波片和四象限光电探测器组成；激光束经过半透半反镜，光被分为两路，一路光透射到基板上，另一路光被半透半反镜反射后，依次经成像屏、透镜、滤波片后成像于四象限光电探测器光敏面上；四象限光电探测器的信号经信号处理电路的放大、整形后，接入A/D转换电路，最后接入计算机进行信号的处理和激光弹着点位置模拟显示、射击者成绩显示。

Description

基于四象限光电探测器的激光打靶器

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种用于模拟打靶训练的基于四象限光电探测器的激光打靶器。

背景技术

目前激光打靶器在娱乐、军事训练上都有广泛的应用，娱乐型激光打靶器主要有南京雷声、沈阳金山两家公司生产。在军事射击训练方面，许多在国家研究激光打靶器，用激光子弹来代替传统的子弹，以节省训练开支.我国也有个别单位从事了激光打靶器的研究，并生产出相应的产品，但由于这些产品还不能完全符合军事训练要求，所以应用范围及其有限。常见的激光打靶器有一个明显的缺点，就是采用大量的光电二极管排列在靶面上作为探测器阵列，不但价格昂贵，而且信号的后续处理复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种基于四象限光电探测器的激光打靶器，采用了四象限光电探测器作为光电探测器，不仅大大提高了打靶器的精度和稳定性，而且降低了成本，信号的后续处理简单。

本激光打靶器主要包括激光发射***、激光接受***以及信号处理部分，所述激光接受***是由基板、半透半反镜、成像屏、透镜、滤波片和四象限光电探测器组成；激光发射***发出的激光束经过半透半反镜，光被分为两路，一路光透射到基板上，另一路光被半透半反镜反射后，依次经成像屏、透镜、滤波片成像于四象限光电探测器光敏面上；四象限光电探测器的信号经信号处理电路的放大、整形后，接入A/D转换电路，最后接入计算机进行进一步处理和显示。

本激光打靶器中半透半反镜与水平方向成45°角，成像屏为水平放置的透光薄屏。探测器采用PIN四象限光电探测器或APD四象限光电探测器，它有四个具有对称性的光敏面，光敏面为圆形或矩形。运用光斑在四象限光电探测器的四个象限上面积不同导致四个象限输出信号的差异，确定光斑中心在四象限光电探测器的偏移量，而光斑中心相对于四象限光电探测器的偏移量与光斑中心在靶面偏移量存在某种数学关系，从而建立四象限输出信号与光斑在靶面上偏移角度和幅度的数学模型。四象限光电探测器输出信号经过前置放大，主放大，然后信号连接A/D转换电路，A/D转换采用普通的数据采集卡进行。除了半透半反镜所对应的竖直平面外，整个接收***都处于封闭的暗室内。本打靶器需要结合软件部分完成其功能。软件部分是利用开发虚拟仪器的图形化编程语言LABVIEW实现的。软件部分主要包括了信号处理、激光着点位置模拟显示、射击者成绩显示。

本发明优点主要在于采用了四象限光电探测器作为探测器，通过光斑相对于探测器光敏面中心位置的偏移，判断激光在靶上的着点位置，从而大大提高了打靶器的精度。

附图说明

图1是本激光打靶器的硬件原理框图；

图2是本激光打靶器的软件流程图。

具体实施方式

本激光打靶器硬件部分的结构参见图1，主要包括激光发射***1、激光接受***2以及信号处理部分3，所述激光接受***是由基板21、半透半反镜22、成像屏23、透镜24、滤波片25和四象限光电探测器26组成；激光束经过半透半反镜22，光被分为两路，一路光透射到基板21上，另一路光被半透半反镜22反射后，依次经过成像屏23、透镜24、滤波片25成像于四象限光电探测器26光敏面上。本激光打靶器中半透半反镜与水平方向成45°角，成像屏为水平放置的透光薄屏。探测器采用PIN四象限光电探测器或APD四象限光电探测器，它有四个具有对称性的光敏面，光敏面可以为圆形或矩形。运用光斑在四象限光电探测器的四个象限上面积不同导致四个象限输出信号的差异，确定光斑中心在四象限光电探测器的偏移量

光斑在四象限光电探测器四个象限的面积不同，对应四个象限产生的电流不同，一至四象限产生的电流分别为：i₁，i₂，i₃，i₄。则光斑在横向和纵向的偏移量为：

$\left.\begin{array}{c}x=k\frac{(i_1+i_4)-(i_2+i_3)}{i_1+i_4+i_2+i_3}\\ y=k\frac{(i_1+i_2)-(i_3+i_4)}{i_1+i_4+i_2+i_3}\end{array}\right\}---\left(1\right)$

式中的k为比例系数，是一常量。当光斑中心与四象限探测器中心一致时，四象限阴极产生的电流i₁，i₂，i₃，i₄都相等，两个方向的直线度误差为零；当两者中心不重合时，两个方向的偏移量可以由上式(1)求出，偏移的幅度ρ和角度分别为：

从而可得到在靶面上光斑中心相对于靶面中心的偏移，偏移的幅度ρ′和角度

分别为：

当

(k-1)d≤ρ′＜kd，k＝1，2，3，4，5          (4)

其中d为靶面每环间距。则击中环数n为：

n＝11-k                                     (5)

四象限光电探测器的信号经信号处理电路3的放大、整形后，接入A/D转换电路，最后输入计算机5由软件进行信号处理，计算得到光斑中心偏移角度和幅度、确定光斑在靶面的位置，并且实现激光着点位置模拟显示、射击者成绩显示。

A/D转换采用普通的数据采集卡进行。本打靶器需要结合软件部分完成其功能。软件部分是利用开发虚拟仪器的图形化编程语言LABVIEW实现的。软件部分主要包括了信号处理、激光着点位置模拟显示、射击者成绩显示。

软件流程图参见图2，在LABVIEW中调用相对应的动态链接对数据采集卡进行驱动，实现数据采集和数字量的输出，由输出计算量计算得到光斑偏移角度和幅度，从而根据偏移角度和幅度来判断是否脱靶。如果没有脱靶，在模拟靶面上显示着点位置，如脱靶则不显示。同时在界面上显示射击者此次的成绩。

Claims (6)

1、一种基于四象限光电探测器的激光打靶器，包括激光发射***、激光接受***以及信号处理部分，其特征在于：所述激光接受***是由基板、半透半反镜、成像屏、透镜、滤波片和四象限光电探测器组成；激光发射***发出的激光束经过半透半反镜，光被分为两路，一路光透射到基板上，另一路光被半透半反镜反射后，依次经成像屏、透镜、滤波片后成像于四象限光电探测器光敏面上；四象限光电探测器上的信号经信号处理电路的放大、整形后，接入A/D转换电路，最后接入计算机进行进行处理，实现激光着点位置的模拟显示、射击者成绩显示；光路中所述滤光片中心波长为630～650nm。

2、根据权利要求1所述的基于四象限光电探测器的激光打靶器，其特征在于：半透半反镜与水平方向成45°角，成像屏为水平放置的透光薄屏。

3、根据权利要求1或2所述的基于四象限光电探测器的激光打靶器，其特征在于：探测器采用PIN四象限光电探测器或APD四象限光电探测器，它有四个具有对称性的光敏面，光敏面为圆形或矩形。

4、根据权利要求3所述的基于四象限光电探测器的激光打靶器，其特征在于：运用光斑在四象限光电探测器的四个象限上面积不同导致四个象限输出信号的差异，确定光斑中心在四象限光电探测器的偏移量，而光斑中心相对于四象限光电探测器的偏移量与光斑中心在靶面偏移量存在对应数学关系，从而建立四象限输出信号与光斑在靶面上偏移角度和距离的数学模型。

5、根据权利要求4所述的基于四象限探测器的激光打靶器，其特征在于：四象限光电探测器输出信号经过前置放大，主放大，然后将信号经A/D转换电路输入计算机由软件进行信号处理，计算得到光斑中心偏移角度和幅度、确定光斑在靶面的位置，并且实现激光着点位置模拟显示、射击者成绩显示。

6、根据权利要求1或2或4所述的基于四象限探测器的激光打靶器，其特征在于：除了半透半反镜所对应的竖直平面外，整个激光接受***都处于封闭的暗室内。

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