基于可調式模擬激光脈沖的激光告警器在線(xiàn)檢測

　　針對漫反射靶板測試法的不足，本文提出了一種基于可調式模擬激光脈沖技術(shù)的激光告警器在線(xiàn)檢測儀。

　　可調式模擬激光脈沖技術(shù)

　　在實(shí)際使用環(huán)境下的激光告警器看來(lái)，其告警范圍內的等功率激光威脅源A1，A2，A3，…可等效為以告警器O為球心、半徑為R球面上的點(diǎn)A`1，A`2，A`3，…(分別位于射線(xiàn) OA1，OA2，OA3，…與球面的交點(diǎn)處)，而A`1，A`2，A`3，…的等效發(fā)光功率反比于A(yíng)1，A2，A3，…與告警器距離的平方(接收孔徑不變的條件下，光功率的衰減與距離的平方成正比)。根據這個(gè)原理，在機械結構上，若能控制發(fā)光源在以告警器為球心的某個(gè)球面上移動(dòng)，則其二維入射角的變化可用來(lái)檢測告警器的方位覆蓋和俯仰覆蓋范圍，而其使方位和俯仰輸出量產(chǎn)生變化所掠過(guò)的最小圓心角則代表了告警器的角度分辨率。在電路結構上，調節該光源的發(fā)光功率，使其略低于報警閾值，可檢測告警器的最小可探測功率，而調節光源的輸出波長(cháng)，則可檢測告警器對不同波長(cháng)輸入光反應的敏感性，此外還可以對光源進(jìn)行調制，用來(lái)檢測告警器對脈沖光的反應，這就是本文所提出可調式激光模擬脈沖技術(shù)的原理，由此實(shí)現了對告警器性能的完整檢測。

　　檢測儀機械結構分析

　　根據上述原理，我們設計了如圖2所示的機械結構，可實(shí)現模擬光源在半球面上的可控移動(dòng)。

　　如圖2所示，該結構外層為一半球型罩，用于屏蔽外界雜散光干擾;下部為圓環(huán)盤(pán)型底座，其上固定有環(huán)形齒條;環(huán)形水平導軌位于底座上，在步進(jìn)電機1的驅動(dòng)下為激光管提供方位角調節;帶有齒條的半環(huán)型垂直導軌連接于水平導軌上，其兩端的間距等于水平導軌直徑。步進(jìn)電機2帶動(dòng)激光管在垂直面上運動(dòng)，為激光管提供俯仰角調節。該結構整體緊湊、重量輕(材料為玻璃鋼)、便于安裝與運輸，使用時(shí)不需將告警器從裝備上拆下，也不存在檢測死角問(wèn)題。

　　步進(jìn)電機采用常規的2相混合式步進(jìn)電機，步距角為1.8o。電機1輸出軸齒輪與水平導軌齒條的齒數比為1:22.3，電機2輸出軸齒輪與垂直導軌齒條的齒數比1:12.5(180o覆蓋)，故方位角的最小調節量為0.08o，俯仰角的最小調節量為0.072o，滿(mǎn)足要求。

　　檢測儀電路

　　本文所設計的告警器檢測儀控制電路如圖3所示?？刂齐娐返暮诵臑?位Atmel AVR單片機ATmega16[3]，具有內部資源豐富、速度快、價(jià)格低廉和穩定性高的特點(diǎn)，非常適合于便攜式控制設備。圖中，IC2為SPI接口12bit串行數模轉換器LTC1456，可直接與ATmega16的SPI接口連接，簡(jiǎn)化了軟硬件設計。LD1和LD2分別是輸出波長(cháng)為1.06mm和1.54mm [4]的激光二極管，作為檢測儀的模擬光源，由步進(jìn)電機M1和M2驅動(dòng)，運行在圖2所示的導軌上。為了實(shí)現激光管輸出功率的可調，必須對其電流進(jìn)行控制，故設計了由IC2、運放IC3、場(chǎng)效應管Q和電阻R4構成數控電流源[5]。其工作原理為：?jiǎn)纹瑱C根據所需設定的激光輸出功率對IC2寫(xiě)入控制字后， VOUT端隨即輸出相應電壓;運放工作時(shí)同、反相輸入端“虛短”，這一作用必然令Q的源極輸出一個(gè)電流值，使R4上的電壓與IC3同相輸入端電壓相等，從而實(shí)現了電流的數字控制。場(chǎng)效應管柵極電流為零，其源、漏極電流相等，故控制精度高，避免了采用雙極型晶體管時(shí)控制精度受到基極分流影響的問(wèn)題。R4采用溫度系數小的精密線(xiàn)繞電阻，減小了溫度對電流控制精度的影響，同時(shí)具有較強的抗過(guò)載能力。由于兩種激光管的輸出功率――電流曲線(xiàn)不同，故切換激光管時(shí)也必須“通知”單片機，以保持正確的電流控制規律，因此設計了S1_1和S1_2構成的聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，單片機通過(guò)檢測PD4上的邏輯電平來(lái)判斷當前與Q相接的激光管，以調整控制系數。LTC1456具有異步清零端，這就為激光的調制提供了方便：通過(guò)設定單片機的定時(shí)器中斷，使其溢出頻率2倍于欲設定的調制頻率，對 IC2交替進(jìn)行寫(xiě)入和清零即可。