激光測速光幕靶的原理介紹

來源：成都科大勝英科技有限公司 2025年06月05日 08:58

激光測速光幕靶是一種非接觸式的速度測量裝置，主要用于測量高速運動物體（如炮彈、彈丸、火箭彈、破片等）在飛行過程中的瞬時速度。它在兵器測試、彈道學研究、安全防護測試、材料沖擊試驗、體育科研等領域應用非常廣泛。

核心原理

其核心原理基于光遮擋計時和定距測速：

構建光幕：系統由至少兩對（或更多對）平行設置的激光發射器和對應的光電接收器組成。每一對激光發射器和接收器構成一個光幕平面（或稱為“靶面”）。當沒有物體穿過時，激光束持續照射在接收器上，接收器輸出穩定的電信號（通常為高電平）。
遮擋觸發：當被測物體（如彈丸）依次穿過這些光幕平面時，會暫時遮擋激光束，導致接收器接收到的光信號中斷。每次遮擋都會使接收器的輸出電信號產生一個下降沿脈沖。
計時：系統內部的精密計時器（通常基于高速計數器或時間間隔測量芯片）會精確記錄下第一個光幕（起始靶）被遮擋的時刻 T1 和第二個光幕（停止靶）被遮擋的時刻 T2。
測速計算：已知兩個平行光幕平面之間的固定距離 S。物體的飛行速度 V 即可通過最基本的物理公式計算：
V = S / (T2 - T1)
其中 (T2 - T1) 就是物體飛越兩個光幕之間距離 S 所花費的時間。

激光發射器陣列：通常使用可見光（紅光）或不可見光（紅外）半導體激光器。多個激光器緊密排列，形成一道密集、均勻、平行的“光墻”（光幕）。高功率、窄發散角的激光器能保證光幕的均勻性和強度。
光電接收器陣列：與激光發射器一一對應，通常是高速光電二極管或光電晶體管。它們負責接收激光信號并將其轉換為電信號。接收器前通常裝有窄帶濾光片，以抑制環境雜散光的干擾。
信號處理電路：負責放大、整形接收器輸出的微弱電信號，將其轉換成干凈、陡峭的脈沖信號，便于后續的計時電路識別觸發邊沿。
高精度計時單元：這是系統的核心。需要很高的時間分辨率（通常達到納秒級）來精確測量極短的時間間隔（對于高速彈丸，這個間隔可能只有幾微秒甚至更短）。
數據處理與控制單元：通常是微處理器（MCU）或現場可編程門陣列（FPGA）。它負責：

機械結構：用于精確固定和校準激光發射器陣列與接收器陣列，確保它們嚴格平行，并且間距 S 精確已知、穩定。結構需要堅固，能抵抗輕度沖擊和振動。光幕的尺寸（高度和寬度）根據被測物體的大小和預計飛行區域確定。
電源：為所有電子部件和激光器供電。

激光測速光幕靶是一種基于精密時間間隔測量和固定間距原理的高精度、高可靠性的非接觸式速度測量工具。它在需要精確測量高速飛行物體瞬時速度的應用領域，尤其是在兵器測試、安全防護和沖擊試驗中，扮演著不可替代的角色。其核心優勢在于高精度、非接觸、高速度測量能力以及對目標材質不敏感。

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