[發(fā)明專利]一種高速彈丸探測電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610714411.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107782910A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 張桂春
• 申請（專利權）人: 張桂春
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發(fā)明涉及一種高速彈丸探測電路，適用于探測領域。

背景技術

“空間碎片”(亦稱太空垃圾)是人類航天活動遺棄在空間的廢棄物，是空間環(huán)境的主要污染源。從1957年發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，空間碎片總數(shù)已經超過4千萬個。空間碎片主要分布在2000公里以下的低軌道區(qū)，它們對近地空間的航天器構成嚴重威脅。隨著我國研制大容量、大體積和長壽命航天器的增多，特別是載人航天工程和低軌大平臺的發(fā)展，空間碎片撞擊航天器的概率也大大增加，空間碎片、微流星體撞擊航天器會損害航天器表面器件，也可能導致航天器表面穿孔，可能撞擊一些關鍵部件，從而引發(fā)災難性的后果。為了防止航天器因受空間碎片/微流星體的撞擊失效而導致任務失敗，美、俄等航天大國紛紛開展了航天器抗空間碎片/太空粒子撞擊的計算機數(shù)值模擬與地面試驗研究，目前已經形成了可以指導航天器防護設計的設計手冊和規(guī)范。我國載人航天已成功實現(xiàn)了宇航員的上天，隨著進一步的發(fā)展，宇航員出艙活動增加，宇航員將面臨著空間碎片、微流星體的威脅，特別是亞毫米彈丸、微米級彈丸由于數(shù)量多，雖然單次可能不會對航天器產生較大危害，但其累積效應會對航天器產生損害，特別是會對宇航員產生很大的危害。

在空間碎片防護研究領域，主要工作是通過地面試驗和計算機仿真開展空間碎片防護材料、結構和機理的研究獲得試驗數(shù)據(jù)供航天器防護設計使用。預計在不久的將來，抗空間碎片撞擊將寫入我國航天器的設計規(guī)范。而具有我國特色的航天器抗空間碎片、微流星體撞擊設計規(guī)范的制定，需要大量的地面試驗數(shù)據(jù)，其中開展航天器抗空間碎片/微流星體防護性能和毀傷機理試驗最成熟的設備是超高速碰撞靶。在超高速碰撞靶上進行模擬試驗，需要準確測量彈丸的飛行速度，進行速度測量首先必須對彈丸進行無干擾位置探測。中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所的200米自由飛彈道靶研究室己經對彈丸探測技術進行了比較深入的研究，已實現(xiàn)了對毫米級彈丸的成功探測，但隨著發(fā)展的需要和試驗技術的發(fā)展，需要開展亞毫米彈丸的探測技術研究，這也是超高速碰撞試驗進一步發(fā)展的關鍵技術之。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種高速彈丸探測電路，電路增強了抗噪性能，結構緊湊，提高了工作效率，且具有較強的抗干擾性和可靠性。

本發(fā)明所采用的技術方案是。

高速彈丸探測電路由光電轉換模塊電路、光電模塊電壓信號處理電路、窗口比較器電路、非對稱增益驅動電路、光電倍增管及其倍增電極偏置電路以及低噪聲運算放大器電路組成。

所述光電轉換模塊電路的信號取樣設計為電壓取樣，取樣電阻通過電容和光電二級并聯(lián)。光電轉換選用高靈敏度PIN光電二極管。所用光電二極管的響應頻率和響應波長與探測光源相對應，其結電容大，并聯(lián)電阻大，大的結電容可增加帶寬，同時具有較小的噪聲；而大并聯(lián)電阻的光電二極管具有小的暗電流，可減小信號噪聲。

所述光電模塊電壓信號處理電路將光電模塊按位置分為兩組，每組光電模塊產生的多路電壓信號經加法電路處理為一路電壓信號，然后與另一個加法電路處理的電壓信號進行差分放大，輸出一路電壓信號。

所述窗口比較器電路采用LM339比較器芯片設計的窗口比較器電路完成數(shù)字信號提取。該比較器的輸入偏流小，電源電壓范圍寬，從標準的±15V電源到單一的+5V電源均能正常工作，其輸出可同TTL及CMOS電路兼容。由滑動電阻的調整設定窗口比較器的上下閾值，當電壓信號超出閾值區(qū)間，則Vo輸出為高電平，反之為低電平。窗口比較器可將彈丸過靶的電壓信號和比較電壓進行比較，比較電壓的調節(jié)可以通過在反向輸入端接入一個電位器來實現(xiàn)。比較電壓值越接近信號波形的峰值，系統(tǒng)就越靈敏，但是比較電壓設置過高就會造成信號的漏測。因此應該根據(jù)信號幅度來確定比較電壓。

所述非對稱增益驅動電路選擇參數(shù)非對稱的MOS 管TP0610 和VN2001 設計電路，為輸入時鐘驅動信號驅動MOS 管，當輸入時鐘信號由高變低時，MOS 管柵源電壓變低，使得 PMOS 管導通，NMOS 管截止，輸出高電壓；當輸入時鐘信號由低變高時，MOS管柵源電壓變高，使得NMOS 管導通， PMOS 管截止，輸出低電壓NMOS管和PMOS管這樣交替導通，使得輸出信號類似方波一樣高低變化，以驅動 EMCCD 倍增寄存器實現(xiàn)電子倍增的功能。