基于可調式模擬激光脈沖的激光告警器在線檢測

　　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的激光告警器在線檢測儀。

　　可調式模擬激光脈沖技術

　　在實際使用環(huán)境下的激光告警器看來，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A`1，A`2，A`3，…(分別位于射線 OA1，OA2，OA3，…與球面的交點處)，而A`1，A`2，A`3，…的等效發(fā)光功率反比于A1，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球面上移動，則其二維入射角的變化可用來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生變化所掠過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(jié)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(jié)光源的輸出波長，則可檢測告警器對不同波長輸入光反應的敏感性，此外還可以對光源進行調制，用來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的原理，由此實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，可實現模擬光源在半球面上的可控移動。

　　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，在步進電機1的驅動下為激光管提供方位角調節(jié);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。步進電機2帶動激光管在垂直面上運動，為激光管提供俯仰角調節(jié)。該結構整體緊湊、重量輕(材料為玻璃鋼)、便于安裝與運輸，使用時不需將告警器從裝備上拆下，也不存在檢測死角問題。

　　步進電機采用常規(guī)的2相混合式步進電機，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(jié)量為0.08o，俯仰角的最小調節(jié)量為0.072o，滿足要求。

　　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。控制電路的核心為8位Atmel AVR單片機ATmega16[3]，具有內部資源豐富、速度快、價格低廉和穩(wěn)定性高的特點，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，簡化了軟硬件設計。LD1和LD2分別是輸出波長為1.06mm和1.54mm [4]的激光二極管，作為檢測儀的模擬光源，由步進電機M1和M2驅動，運行在圖2所示的導軌上。為了實現激光管輸出功率的可調，必須對其電流進行控制，故設計了由IC2、運放IC3、場效應管Q和電阻R4構成數控電流源[5]。其工作原理為：單片機根據所需設定的激光輸出功率對IC2寫入控制字后， VOUT端隨即輸出相應電壓;運放工作時同、反相輸入端“虛短”，這一作用必然令Q的源極輸出一個電流值，使R4上的電壓與IC3同相輸入端電壓相等，從而實現了電流的數字控制。場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控制精度受到基極分流影響的問題。R4采用溫度系數小的精密線繞電阻，減小了溫度對電流控制精度的影響，同時具有較強的抗過載能力。由于兩種激光管的輸出功率――電流曲線不同，故切換激光管時也必須“通知”單片機，以保持正確的電流控制規(guī)律，因此設計了S1_1和S1_2構成的聯動開關，單片機通過檢測PD4上的邏輯電平來判斷當前與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：通過設定單片機的定時器中斷，使其溢出頻率2倍于欲設定的調制頻率，對 IC2交替進行寫入和清零即可。