一种使用650nm光源的成像光幕靶

1.本发明属于光电测速领域，尤其是用于高速飞行物体的速度和角度测量，具体是涉及一种使用650nm光源的成像光幕靶。


背景技术：

2.光幕靶是一种运用光电检测原理进行区域性测量的仪器，由于在测量的过程中不直接接触被测物体，所以具有测量精度高、非接触测量和较强的抗干扰能力的优点；光幕靶包括光源发射装置、光源接收装置以及后端的信号处理单元，一般是前后两个光幕靶配合使用。光源发射装置出射光束至光源接收装置，形成交错的光幕网格，当被测物体穿过光幕时会遮挡运动路径上的光束，通过分析前后两个光幕靶的光源接收装置的光束被遮挡的时间差δt、两个光幕靶之间的间隔δl，根据公式(1)即可得出被测物体的速度v。但传统的光幕靶是将光电转换模块与光源发射装置共同固定在靶架上，在使用的过程中，光电转换模块较容易损坏，更换成本高且大大缩短了光幕靶的使用寿命。或将光源通过通信单模光纤分束器分光后连接到出射镜头，虽然通信单模光纤分束器的技术成熟，已经规模化生产，且使用成本低，但由于通信单模光纤分束器仅在通讯波段(1250nm-1650nm)内才能实现均匀分光，因此在650nm下使用，分束后的激光为多模，光强极不均匀，而且传统光幕靶使用与光源发射装置等数量的光电探测器作为光源接收装置，这都会给后端光电信号处理带来极大的困难。部分光幕靶或直接采用通讯波段的激光光源以避免分光不均匀的问题，但因光束不可见而非常不利于光幕靶的装配和调整。
3.针对传统光幕靶所存在的问题，本发明的优势在于提高了光幕靶在野外工作时的稳定性和抗干扰能力、增加了光幕靶的使用寿命、降低了后端信号处理和装调的难度。
4.v＝δl/δt (1)


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种使用650nm光源的成像光幕靶，通过光缆连接光源与光束准直器，使光源脱离靶架，以避免光源在装置使用的过程中遭到损伤，从而增强光幕靶的野外耐候性；不使用光纤分束器，以解决光束在分光时的不均匀性问题；光源为650nm可见光，以解决光幕靶在前期的装配调试过程中发射与接收装置不易对准的问题；光幕靶只使用线阵相机采集图像信号，避免使用数量众多的光电探测器作为光源接收端，简化了后端的信号处理，提高了整体的抗干扰能力。
6.本发明所提供的技术方案为：一种使用650nm光源的成像光幕靶，主要包括发射650nm波段的ld光源、准直发射单元、矩阵光纤单元、线阵相机、计算机等；其特征在于：所述的光源在光源箱上阵列固定，由光源箱供电发射可见红光；所述的准直发射单元在靶面上相邻的两端排列，构成光束发射端，所述的矩阵光纤单元在靶面的另两端固定，构成信号接收端；所述的准直发射单元均由方管固定架、光束准直器构成，所述的光源通过光缆与光束准直器一一对应连接，在方管固定架上等间距固定光束准直器出射排列均匀的光束阵列；
所述的矩阵光纤单元均由外壳、光纤构成，通过注胶的方式将光纤等间距固定在外壳内，负责接收信号；光纤的另一端使用排列间距更小的矩阵光纤单元，并将其固定在线阵相机镜头的工作距离内，调整镜头对焦环，使线阵相机采集到清晰的光斑图像，并传输至计算机进行数据处理，从而得到被测物飞行的速度和角度信息。
7.所述的光源通过光缆与光束准直器一一对应连接，使每个光束准直器出射的光能基本一致，并且光源脱离靶架，从而构成无源的光束发射端。
8.所述的光缆为通信单模铠装光缆。
9.所述的光源为发射650nm波段的ld光源。
10.所述的发射650nm波段的ld光源由ld二极管、球透镜、陶瓷插芯、耦合套管、套管外壳构成。
11.所述的光束准直器由准直镜头、镜头套筒组成，镜头套筒带有球头结构，方管固定架带有球碗结构，球头与球碗结构配合使用，可实现光束任意方向的角度调节，大大提高了装调的便捷性。
12.所述的光纤传输的信号由线阵相机接收并转换成光斑图像，经计算机处理得出被测物飞行的速度和角度信息，简化了后端的信号处理。
13.根据以上所述方案，相比于现有技术，所采用的发射650nm波段的ld光源与光束准直器使用光缆连接，使靶上工作的光源发射装置为无源器件，具有野外使用寿命长的优点；每一个光源通过光缆与光束准直器一一对应连接，避免使用光纤分束器，具有光能一致性好的优点；使用的ld可见光源造价成本低；使用通讯单模铠装光缆进行连接，使光幕靶在野外装调和使用的过程中，更加的坚固耐劳；光幕靶只使用线阵相机接收光斑图像，通过处理光斑数量的变化得出被测信息，避免使用数量众多的光电探测器作为光源接收端，简化了后端的信号处理，并提高了其抗干扰的能力；球头、球碗结构可使装调更加方便；从而整个系统具有野外耐候性、光能一致性好、使用成本低、信号处理简单、抗干扰能力强、易于装调的优点。
附图说明
14.图1为本发明的整体结构示意图。
15.图2为图1中的2、3、4结构放大示意图。
16.图3为图1中方管固定架5局部放大示意图。
17.图4为图1中光源2的具体结构。
18.图5为图一中光纤接收单元9的具体结构。
19.图6为启动光幕靶闲置状态时线阵相机采集的光斑图像。
20.图7为被测物穿过启动光幕靶时，线阵相机采集的光斑图像。
21.图1中：1、光源箱；2、光源；3、光缆；4、光束准直器；5、方管固定架；6、准直发射单元；7、被测物；8、网格光幕；9、矩阵光纤单元；10、外壳；11、光纤；12、矩阵光纤单元；13、线阵相机；14、网线；15、计算机。
22.图2中：2、光源；3、光缆；4、光束准直器；4-1、球头结构；4-2、准直镜头；4-3、镜头套筒。
23.图3中：5-1、两个通孔；5-2、球碗结构；5-3、3个均布的固定螺孔。
24.图4中：2-1、ld二极管；2-2、球透镜；2-3陶瓷插芯；2-4、耦合套管；2-5、套管外壳。
25.图5中：10、外壳；11、光纤。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合实例和附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
27.光幕靶测速系统主要由启动光幕靶和停止光幕靶组成，两靶面平行间隔一定距离放置在被测物体的运动路径上，当被测物体过靶时会遮挡光线，由此推算出过靶的前后时间，与两靶间距进行换算即可得出被测物体的速度信息。
28.如图1所示：本发明为一种使用650nm光源的成像光幕靶，整体包括光源箱1、光源2、光缆3、准直发射单元6、矩阵光纤单元9、线阵相机13、计算机15等；所述的光源2在光源箱1上阵列固定，光源2通过光缆3连接准直发射单元6，所述的准直发射单元6在靶面上相邻的两端排列，构成光束发射端；所述的矩阵光纤单元9在靶面的另两端固定，构成信号接收端。所述的准直发射单元6由方管固定架5和光束准直器4构成，方管固定架5可根据实际被测物7的口径来调节光束准直器4的间距，通过光束准直器4来调整出射光束的方向，矩阵光纤单元9上的光纤11负责接收光信号，光纤11的另一端使用排列间距更小的矩阵光纤单元12，并将其固定在线阵相机13镜头的工作距离内，调整镜头对焦环，使线阵相机13采集到清晰的光斑图像。以启动光幕靶为例：图6为启动光幕靶闲置状态时线阵相机13采集的光斑图像，图像中每个光斑编有固定的序号，当被测物7穿过启动光幕靶时，对应位置的水平和垂直方向的光束被遮挡，线阵相机13采集到如图7的光斑图像并记录下采集时间，同理停止光幕靶也可采集到相同的图像及时间信息，图像经计算机15进行数据处理即可得到被测物7飞行的速度和角度信息。
29.所述的光源2与准直发射单元6通过光缆3连接，使准直发射单元6构成无源器件，根据场地内光源2与准直发射单元6的距离选择合适的光缆3，以保证设备在使用过程中的便捷性。
30.所述的光源2为出射650nm波段的ld光源，并且使用光缆3与光束准直器4一一对应连接。使每个光束准直器4出射的光能基本一致，降低了后端信号处理的难度，可见光在光路装调的过程中更加便捷，减少了装调的工作量。
31.所述的光缆3为通讯单模铠装光缆，可防鼠咬、踩踏，增强光幕靶对野外的恶劣气候环境的适应能力。
32.如图2、3所示：所述的光束准直器4由准直镜头4-2、镜头套筒4-3组成，镜头套筒4-3带有球头结构4-1，所述的方管固定架5带有球碗结构5-2，球头4-1与球碗结构5-2配合使用可实现对光束方向的任意调节，大大提高了装调的便利性。
33.如图4所示：所述的光源2为发射650nm波段的ld光源，使用成本低，具体的结构由ld二极管2-1、球透镜2-2、陶瓷插芯2-3、耦合套管2-4、套管外壳2-5组成。具体的工作方式
为：由ld二极管2-1发光，光束经过球透镜2-2聚焦在耦合套管2-4内的陶瓷插芯2-3上，耦合套管2-4可使陶瓷插芯2-3配合同心，减少光损，其套管外壳2-5起到保护作用。
34.如图5所示：所述的矩阵光纤单元9、12均由外壳10、光纤11构成，矩阵光纤单元9可根据被测物7的尺寸，在注胶时调整光纤11的间隔，可测量不同口径被测物7的速度和角度；矩阵光纤单元12的光纤11之间的间隔更小，便于线阵相机13接收到全部的光斑信号。
35.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种使用650nm光源的成像光幕靶，利用光幕靶作为探测器，用于对高速飞行物体的速度和角度测量；整体包括光源箱(1)、发射650nm波段的ld光源(2)、光缆(3)、准直发射单元(6)、矩阵光纤单元(9)、线阵相机(13)、计算机(15)等，其特征在于：所述的光源(2)在光源箱(1)上阵列固定，由光源箱(1)供电发射可见红光；所述的准直发射单元(6)在靶面上相邻的两端排列，构成光束发射端，所述的矩阵光纤单元(9)在靶面的另两端固定，构成信号接收端；所述的准直发射单元(6)均由方管固定架(5)、光束准直器(4)构成，所述的光源(2)通过光缆(3)与光束准直器(4)一一对应连接，在方管固定架(5)上等间距固定光束准直器(4)出射排列均匀的光束阵列，所述的矩阵光纤单元(9)、(12)均由外壳(10)、光纤(11)构成，通过注胶的方式将光纤(11)等间距固定在外壳(10)内，矩阵光纤单元(9)负责接收信号；光纤(11)的另一端使用排列间距更小的矩阵光纤单元(12)，并将其固定在线阵相机(13)镜头的工作距离内，调整镜头对焦环，使线阵相机(13)采集到光纤(11)清晰的光斑图像，图像传输至计算机(15)进行数据处理，得到被测物(7)飞行的速度和角度信息。2.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光源(2)通过光缆(3)与光束准直器(4)一一对应连接，使每个光束准直器(4)出射的光能基本一致，并且光源脱离靶架，从而构成无源的光幕发射端。3.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光缆(3)为通信单模铠装光缆。4.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光源(2)为发射650nm波段的ld光源。5.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光源(2)由ld二极管(2-1)、球透镜(2-2)、陶瓷插芯(2-3)、耦合套管(2-4)、套管外壳(2-5)构成。6.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光束准直器(4)由准直镜头(4-2)、镜头套筒(4-3)组成，镜头套筒(4-3)带有球头结构(4-1)，方管固定架(5)带有球碗结构(5-2)，球头结构(4-1)与球碗结构(5-2)配合使用，可实现光束任意方向的调节，大大缩短了装配时间。7.根据权利要求1所述的一种使用650nm光源的成像光幕靶，其特征在于所述的光纤(11)传输的信号由线阵相机(13)接收并转换成光斑图像进行信号处理。

技术总结
本发明提出一种使用650nm光源的成像光幕靶，用于对高速飞行物体的速度和角度测量。光幕靶包括发射650nm波段的LD光源、两个靶面、线阵相机、计算机等，其中两个靶面为矩形轮廓并前后平行放置，且均由准直发射单元、矩阵光纤单元构成，所述的光源在光源箱上阵列，所述的准直发射单元由方管固定架、光束准直器构成；准直发射单元相邻垂直排列，在方管固定架上等间距固定光束准直器，出射网格状的光束阵列，由对应的矩阵光纤单元接收信号，信号经线阵相机采集成像、计算机处理得出被测物飞行的速度和角度信息。本发明具有野外使用寿命长、光能一致性好、可见光束便于调试、后端信号处理简单、抗干扰能力强的优点。抗干扰能力强的优点。抗干扰能力强的优点。


技术研发人员：陈凌峰 耿敦好 张旭升
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/4