CN102908743A - 一种灭火弹光电敏感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电系统应用领域，是一种灭火弹光电敏感器。其目的是提供一种具有近炸功能的灭火弹。本发明的技术方案是这样实现的：一种灭火弹光电敏感器，与灭火弹引信连接，包括菲聂耳光学透镜、敏感模块壳体、红外探测器组件和信号处理电路PCB板；菲聂耳光学透镜与敏感模块壳体前端连接，红外探测器组件分别与敏感模块壳体前端、信号处理电路PCB板连接，信号处理电路PCB板与敏感模块壳体后端相连。本发明提供的一种灭火弹光电敏感器，提供了一种具有光电敏感器的新型灭火弹，根据红外辐射的能量判断灭火弹开仓的时间，实现精确的近炸功能。

Description

一种灭火弹光电敏感器

技术领域

本发明涉及光电系统应用领域，特别是一种灭火弹光电敏感器。 

背景技术

现有技术的灭火弹其引信主要是碰炸引信，在灭火过程中需落地或碰到树枝时引爆开仓才能抛撒灭火粉，灭火效率就很低。 

为解决这一问题，还有多种类型的灭火弹。一种是采用定时引信工作的灭火弹，它存在着的问题主要体现在由于射程的不同，因此引起弹道的差异，造成时间差，炸高无法准确保证，大大降低该弹工作的有效性及灭火的效率；另一种是集成了多普勒定高技术、定时引信及碰炸联合引信的灭火弹，但近炸控制精度仍然不理想而且价格较高。 

目前潜在的可用于森林灭火弹近炸引信敏感模块的测高技术有气压高度表、激光高度表、多普勒雷达高度表等技术，但都存在问题。 

综上所述，诚待出现一种能与灭火弹弹体集成的、并能实时测出火苗与弹丸之间的距离的敏感模块技术。 

发明内容

本发明提出一种灭火弹光电敏感器，提供一种具有近炸功能的灭火弹，能够彻底解决采用碰炸引信及定时引线的灭火弹的灭火效率较低的问题。 

本发明的技术方案是这样实现的：一种灭火弹光电敏感器，与灭火弹引信连接，包括菲聂耳光学透镜、敏感模块壳体、红外探测器组件和信号处理电路PCB板；菲聂耳光学透镜与敏感模块壳体前端连接，红外探测器组件分别与敏感模块壳体前端、信号处理电路PCB板连接，信号处理电路PCB板与敏感模块壳体后端相连。 

所述菲聂耳光学透镜是外凸形状的透镜，由宽光谱波段的光谱能量透过率较高的光学材料构成。 

所述敏感模块壳体包括前盖、中间段和后盖；前端、中间段和后端通过螺钉连接。 

进一步地，所述中间段为中空的圆柱体结构，所述圆柱体的直径与菲聂耳光学透镜的直径相同，以光源所发出的光谱能量能最大限度地聚焦到红外探测器组件上的光学窗口的长度为圆柱体的长度，中间端的前端设置有一孔径与红外探测器组件大小尺寸相匹配的孔。 

所述红外探测器组件的窗口采用由硅或锗材料为基体的镀膜材料，中心波长及半峰宽分别为4.5及0.5微米。 

所述用于实时采集电压信号的信号处理电路PCB板对灭火弹上的引信输出脉冲电压信号。 

本发明在组装过程中采用灌封工艺。 

本发明提供的一种灭火弹光电敏感器，提供了一种具有光电敏感器的新型灭火弹，根据红外辐射的能量判断灭火弹开仓的时间，实现精确的近炸功能，大大提高灭火弹的灭火效率；本发明采用灌封工艺，固定各部件，防止发射装置对灭火弹的高冲击振动，提高本发明的安全性。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1：本发明模块关系图； 

其中：1—菲聂耳光学透镜、2—敏感模块壳体、3—红外探测器组件、4—信号处理电路PCB板。 

具体实施方式

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。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。 

本发明的技术方案是这样实现的，一种灭火弹光电敏感器，与灭火弹引信连接，包括菲聂耳光学透镜1、敏感模块壳体2、红外探测器组件3和信号处理电路PCB板4；菲聂耳光学透镜1与敏感模块壳体2前端连接，红外探测器组件3分别与敏感模块壳体2前端、信号处理电路PCB板4连接，信号处理电路PCB板4与敏感模块壳体2后端相连。所述菲聂耳光学透镜1是外凸形状的透镜，由宽光谱波段的光谱能量透过率较高的光学材料构成。所述敏感模块壳体2包括前盖、中间段和后盖；前端、中间段和后端通过螺钉连接。进一步地，所述中间段为中空的圆柱体结构，所述圆柱体的直径与菲聂耳光学透镜1的直径相同，以光源所发出的光谱能量能最大限度地聚焦到红外探测器组件3上的光学窗口的长度为圆柱体的长度，中间端的前端设置有一孔径与红外探测器组件大小尺寸相匹配的孔。所述红外探测器组件3的窗口采用由硅或锗材料为基体的镀膜材料，中心波长及半峰宽分别为4.5及0.5微米。所述用于实时采集电压信号的信号处理电路PCB板对灭火弹上的引信输出脉冲电压信号。本发明在组装过程中采用灌封工艺。 

本发明利用红外光谱中的红外辐射的能量与辐射距离的平方成反比的关系的原理，设计具有近炸功能的森林灭火弹光电敏感器，该光电敏感器是一种被动式的测距装置，与被测目标的形态无关，只与被测目标辐射的红外能量密度的大小有关，从而克服多普勒雷达高度表无法克服的问题。 

红外探测器组件能探测到目标的距离由作用距离方程表示： 

$l={\left(\frac{\mathrm{\π\δ}{\mathrm{\τ}}_a{\mathrm{\τ}}_o{D}_o^{2}D*J}{4\sqrt{A_d\mathrm{\Δf}}\mathrm{SNR}}\right)}^{1/2}={\left(\frac{\mathrm{\π\δ}{\mathrm{\τ}}_a{\mathrm{\τ}}_o{D}_{o}D*J}{4F\sqrt{\mathrm{\Ω\Δf}}\mathrm{SNR}}\right)}^{1/2}$

δ：信号过程因子；与系统无关，为常数； 

τ_a:大气透过率；与系统无关，为常数； 

τ_o:光学效率；系统一定，则为常数； 

J：目标辐射强度；只与被探测目标有关； 

F：系统F数；系统一定，则为常数； 

Ω：系统瞬时视场立体角；系统一定，则为常数； 

D_o:系统光学孔径；系统一定，则为常数； 

D^*：探测器波段探测率；只与系统的红外探测器有关； 

Δf系统带宽；系统一定，则为常数； 

A_o为入瞳面积，

系统一定，则为常数； 

A_d探测元面积；

与系统的红外探测器有关； 

SNR:目标探测所需最小信噪比，与系统的红外探测器及系统本身有关。 

本发明在结构上采用模块化设计，由菲聂耳光学透镜1、敏感模块壳体2、红外探测器组件3及信号处理电路PCB板4四部分组成。 

菲聂耳光学透镜1与敏感模块壳体2前端连接，红外探测器组件3分别与敏感模块壳体2前端、信号处理电路PCB板4连接，信号处理电路PCB板4与敏感模块壳体2后端连接。 

其中，菲聂耳光学透镜1的形状为外凸的弧形，由对某一宽光谱波段的光谱能量透过率较高的光学材料组成，如红外玻璃、锗、硅、硫化物、硒化物及红外塑料等光学材料，或以所述材料为基体的镀膜材料。 

敏感模块壳体2由前盖、后盖及中间段组成。中间段为一金属材料的中空的圆柱形，其内径与菲聂耳透镜1直径相等；以使光源所发出的光谱能量能最大限度地聚焦到光谱探测器的光学窗口为圆柱形的长度；中间段的前端开一孔，其孔径与红外探测器大小尺寸相匹配；前盖和后盖材料与中间端材料相同，使用螺丝与中间端的前端及红外探测器组件3中的菲聂耳光学透镜相连；使用螺丝与中间端的后端相连，固定信号处理电路PCB板4的功能，其中心位置处开几个小孔，用于引出电极引线。 

红外探测器组件3采用具有高频响应特性的低成本热探测器，其窗口采用由硅或锗材料为基体的镀膜材料，中心波长及半峰宽分别为4.5及0.5微米。 

信号处理电路PCB板4的功能是处理实时采集到的数据。当数据达到距火苗3-7米时的数值时，对弹上引信输出一脉冲电压信号，致使灭火炮弹开仓抛撒灭火粉。灭火炮弹距火苗3-7米时的电压信号域值由模拟试验得到。 

信号处理电路PCB板4处理菲聂耳光学透镜1和红外探测器组件3采实时采集集到的数据，并对比设置的临界数据，当达到这一数据时，向连接的弹上引信输出脉冲电压信号，实现精确近炸功能。 

本发明在装配过程中采用灌封工艺，减小发射装置对灭火弹的高冲击振动。 

本发明提供的一种灭火弹光电敏感器，提供了一种具有光电敏感器的新型灭火弹，根据红外辐射的能量判断灭火弹开仓的时间，实现精确的近炸功能，大大提高灭火弹的灭火效率；本发明采用灌封工艺，固定各部件，防止发射装置对灭火弹的高冲击振动，提高本发明的安全性。 

当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (7)

1.一种灭火弹光电敏感器，与灭火弹引信连接，其特征在于：包括菲聂耳光学透镜、敏感模块壳体、红外探测器组件和信号处理电路PCB板；菲聂耳光学透镜与敏感模块壳体前端连接，红外探测器组件分别与敏感模块壳体前端、信号处理电路PCB板连接，信号处理电路PCB板与敏感模块壳体后端相连。

2.根据权利要求1所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：所述菲聂耳光学透镜是外凸形状的透镜，由宽光谱波段的光谱能量透过率较高的光学材料构成。

3.根据权利要求1所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：所述敏感模块壳体包括前盖、中间段和后盖；前端、中间段和后端通过螺钉连接。

4.根据权利要求3所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：所述中间段为中空的圆柱体结构，所述圆柱体的直径与菲聂耳光学透镜的直径相同，以光源所发出的光谱能量能最大限度地聚焦到红外探测器组件上的光学窗口的长度为圆柱体的长度，中间端的前端设置有一孔径与红外探测器组件大小尺寸相匹配的孔。

5.根据权利要求1所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：所述红外探测器组件的窗口采用由硅或锗材料为基体的镀膜材料，中心波长及半峰宽分别为4.5及0.5微米。

6.根据权利要求1所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：所述用于实时采集电压信号的信号处理电路PCB板对灭火弹上的引信输出脉冲电压信号。

7.根据权利要求1所述的一种灭火弹光电敏感器，其特征在于：在组装过程中采用灌封工艺。

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