火光爆炸閃光強(qiáng)度測量系統(tǒng)

　　在靶場試驗中，爆炸時刻是彈體試驗鑒定的重要性能指標(biāo)之一，各種彈體在爆炸時產(chǎn)生很強(qiáng)的火光，靶場中對閃光強(qiáng)度測試實驗具有強(qiáng)閃光、時間短、對測試系統(tǒng)分辨率高，并且其對探頭的響應(yīng)速度也有非常高的要求。為此，對于設(shè)計具有寬量程，高響應(yīng)速度的閃光強(qiáng)度測試系統(tǒng)很有必要。本系統(tǒng)采用光電倍增管作為探頭，并使用雙探頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其中，一種是對爆炸開始階段和結(jié)束階段的弱光的采集，另一種是對爆炸閃光強(qiáng)度最大時刻的強(qiáng)光采集。系統(tǒng)采用LabVIEW作為顯示界面，利用PC機(jī)最終將測量結(jié)果顯示出來。
　　1　系統(tǒng)工作原理
　　1.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案
　　本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計思路是：以單片機(jī)ATMEGA128為核心中央處理器，輔以外圍信號采集模塊、信號調(diào)理模塊，A／D轉(zhuǎn)換模塊、USB通信模塊以及LabVIEW顯示模塊，從而實現(xiàn)了從光信號的采集到最后光強(qiáng)度數(shù)據(jù)的顯示。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。
　　1.2測量探頭的選擇
　　目前國內(nèi)外采用硅光敏二極管作為探頭可以達(dá)到1×104Lux量級的光照度，根據(jù)硅光電探測器的靈敏度及電子線路的噪聲，這已接近極限水平。所以，為了達(dá)到更高的要求，本系統(tǒng)采用光電倍增管作為光電探測器。為了保證測量精度，采用了雙探頭測量法：一個是對爆炸開始階段和結(jié)束階段的弱光的采集，另一個是對爆炸閃光強(qiáng)度最大時刻的強(qiáng)光采集。
　　1.3信號的處理
　　本系統(tǒng)選OPA4132作為前置放大器。OPA4132是新型高精度的FET輸入管放大器，帶寬8MHz，高轉(zhuǎn)換速度20V／μs，低噪聲8nV／Hz(1kHz)，低失真0.00008％，高開環(huán)增益130dB等特點(diǎn)；另外，芯片本身含有四個運(yùn)放，這樣就保證了運(yùn)放參數(shù)的一致性。信號采集部分我們采用高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX1304。MAX1304具有0～+5V的輸入范圍，±6V的輸入故障容限；具有8個采樣保持器，它們可以同時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣保持，保證了數(shù)據(jù)采集和處理的一致性。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸部分我們采用基于CY7C68013A的USB數(shù)據(jù)傳輸。一方面，主控制器ATMEGA128向PC機(jī)發(fā)送指令，將數(shù)據(jù)通過虛擬儀器顯示出來；另一方面，PC機(jī)通過虛擬儀器向主控制器發(fā)送指令，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
　　2　基于虛擬儀器的軟件平臺
　　為了構(gòu)建良好的用戶界面同時兼顧系統(tǒng)高速采集存儲的需求，系統(tǒng)軟件采用LabVIEW作為人機(jī)操作界面。下位機(jī)通過USB與VC++連接通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在上位機(jī)中VC++利用動態(tài)鏈接庫與LabVIEW進(jìn)行實時通信，進(jìn)行指令及數(shù)據(jù)的相互傳輸，這樣通過VC++實現(xiàn)了LabVIEW與下位機(jī)的連接。VC++通過協(xié)議對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并將判斷結(jié)果通過動態(tài)鏈接庫傳送給LabVIEW，LabVIEW對VC++傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行讀取、判斷，同時將指令通過VC++反饋給下位機(jī)。采集數(shù)據(jù)時，為了提高系統(tǒng)的采集速率，VC++直接將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)被存儲到txt文檔中，待數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，LabVIEW再從txt文檔中讀取采集到的數(shù)據(jù)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。
　　3　結(jié)語
　　
　　本文通過對國內(nèi)外照度計的發(fā)展現(xiàn)狀分析，針對現(xiàn)代閃光測試性能的需要，闡述了高精度閃光強(qiáng)度測試的設(shè)計方法，提出了總的設(shè)計思想，并在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)硬件電路以及軟件編程進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計，并最終實現(xiàn)閃光強(qiáng)度的測