激光能量分布对瞬态射角测试系统的影响分析.pdf

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1、第27卷第5期2014年9月机电产品开崖岛钏新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsV01．27，No．5Sep．，2014文章编号：1002—6673(2014)05—099—03激光能量分布对瞬态射角测试系统的影响分析李华1，张健2，徐达1，钟孟春1，赵富全1(1．装甲兵工程学院兵器工程系，jE京100072；2．装甲兵工程学院控制工程系，北京100072)摘要：在测量瞬态射角时，针对激光器光源的多模结构会影响在PSD上输出坐标的问题．论文分别从PSD的数

2、学模型和二维PSD对双光束的位置探测实验出发．来探究激光光斑对于瞬态射角测量精度的影响。结果表明光点的位置坐标与光点的能量分布有着密切的关系．为此设计一种特殊的激光器以减小这种影响．关键词：激光器；PSD；位置探测；测量；瞬态射角中图分类号：TN24文献标识码：Adoi：10．3969／i．issn．1002—6673．2014．05．038AffectingAnalysis011TransientAngleTestSystembyLaserEnergyDistribution￡，H“Ⅱ1，ZHANGJian2，XUDal，

3、ZHONGMeng-Chunl，ZHA0Fu—pu舡n1(1．DepartmentofWeaponEngineering，AcademyofArmoredForcesEngineering，Beijing100072，China；2．DepartmentofControlEngineering，AcademyofArmoredForcesEngineering，Beijing，100072，China)Abstract：AimedattheproblemthatPSDoutputpositionisinfluencedbyl

4、aserofmultimodestructurewhentransientangleistested，inthisthesisthefactorsaffectingthePSI)positioningaccuracybylaserspotisexploredfromworkprincipleofPSDanddetectionexperimentofdi—mensionalPSDondualbeamposition，asaresulttheenergydistributionoflightspothaveacloserelat

5、ionshiptOpositionoflightspot．So，aspeciallaserisdesignedtodiminishinfluenceKeywords：PSD；laser；transientangle；measurement；positiondetection0引言本文主要从PSD的数学模型出发，并将激光器光源等效为多光束同时作用于PSD的光敏面上，来探究光斑对于瞬态射角测量精度的影响(研究时假设外界环境影响可以忽略，只考虑入射光源的影响)。1瞬态射角的PSD测试系统简介瞬态射角的PSD测试系统工作原理是：在被

6、测火炮身管的适当位置安装一定的平面反射装置，当半导体激光器(LD)发出脉冲激光照射火炮身管时，经反射装置反射。出射激光就会携带上火炮身管的振动信息。激光信号经高精度光电位置传感器(PSD)转换为电流信号，再经信号放大、滤波、处理，结合PSD器件的坐标计算公式，获得激光光斑在光敏面上的位移，再根据光学成像计算公式，从而求得火炮射角的动态位移曲线。测试原理如图l所示。修稿日期：2014—07—04作者简介：李华(1978一)，女，博士，讲师：主要从事武器系统测试方法研究：雌?r，}’t图1瞬态射角测试工作原理框图Fig．1Blo

7、ckdiagramoftransientangletestsystem2测试系统精度的影响因素分析光电位置敏感器件(PSD)是一种可直接对其光敏面上的光斑位置进行检测的光电器件。当激光器入射光束落在光敏面上形成光点时．光能就转换成穿过PN结的光电流．此电流在光敏面电阻层上是以面电流的形式扩散并且被PSD器件边沿的四个电极收集，各电极收集到的电流强度与光点在光敏面上的位置坐标是一～对应的。在测量瞬态射角时．由于炮I=1的扰动，激光光线照射在PSD上的角度不同，因此在PsD上形成的光斑不同．如图2所示。由图中可以看出半导体激光器

8、的激光光斑不是一个无限小的光点，且由文献【1]可知光斑的能量分布是不均匀的。存在能量重心，此时PSD输出位置一7反置＼＼措＼＼乎射·测试与控制·坐标不是光斑中心坐标而是能量重心坐标。由于激光器光源的能量分布并不是很均匀的，而是存在多模结构或多个强度的，实际作用时就相当于多光束同时作用于PS