基于反射式光幕靶的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)大面積反射式光幕靶的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了光電轉(zhuǎn)換電路，并通過(guò)野外試驗(yàn)對(duì)測(cè)試電路的性能進(jìn)行了實(shí)彈考核。該光電轉(zhuǎn)換電路具有低噪聲、高增益、低輸出阻抗、較好的響應(yīng)帶寬和帶負(fù)載能力。通過(guò)野外實(shí)彈試驗(yàn)表明，該電路能有效去除飛蟲(chóng)干擾和雜散光的干擾，保證了大面積反射式光幕靶的測(cè)試性能。
關(guān)鍵詞：光幕靶；反射式；轉(zhuǎn)換電路；測(cè)試

反射式光幕靶是利用光反射的原理研制而成的。大功率激光光源經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)處理后產(chǎn)生一定厚度的激光光幕，經(jīng)支架上的反射膜反射后，將光幕反射信號(hào)經(jīng)反射鏡收集于右面的光學(xué)系統(tǒng)鏡頭內(nèi)。由于反射式光幕靶的光源發(fā)生端和接收端之間沒(méi)有連接部件，因此光的有效探測(cè)區(qū)域增加，特別適合測(cè)試諸如破片等散布范圍大的飛行試驗(yàn)。但反射式光幕靶也有自身的一些缺點(diǎn)和不足，發(fā)射和接收部件分離，因此容易受到來(lái)自外界的沖擊波和地震波的干擾，而且由于有效檢測(cè)區(qū)域增加，在野外試驗(yàn)的時(shí)候來(lái)自飛蟲(chóng)等的干擾也將增加。當(dāng)飛行物經(jīng)過(guò)以后會(huì)有大量的干擾信號(hào)產(chǎn)生，如何得到真實(shí)的飛行物過(guò)靶時(shí)間而避免由于干擾信號(hào)給測(cè)試所帶來(lái)的影響，需要設(shè)計(jì)一種響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)的電路才能滿足其測(cè)試要求。

1 電路設(shè)計(jì)
反射式光電測(cè)速系統(tǒng)的光信號(hào)通過(guò)逆向反射的方式進(jìn)行傳輸，其傳輸距離達(dá)到12 m。由于光信號(hào)遠(yuǎn)距離的傳輸，光敏元件接收到的光信號(hào)強(qiáng)度比較弱，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后形成的光電流信號(hào)也很微弱僅有幾十個(gè)微安，因此需要將電信號(hào)進(jìn)行放大，整形后輸出，以形成觸發(fā)信號(hào)。由于光電信號(hào)很微弱并且伴有干擾，為了避免在放大過(guò)程中將噪聲信號(hào)也同時(shí)放大，才用了兩級(jí)放大的方法，第一級(jí)放大電路的主要功能是放大和濾波，二級(jí)電路主要作用是信號(hào)放大便于傳輸。
1．1 一級(jí)放大電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用光敏二極管，其光電流為30～50μA，所以需要將微弱的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)提供給后續(xù)放大電路處理。在前級(jí)放大電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了晶體管共射極放大電路和共集電極放大電路的電流放大作用，將微弱的光電流信號(hào)進(jìn)行放大后通過(guò)可調(diào)電阻形成輸出電壓，具體電路如圖1所示。

圖1工作原理如下：光敏管將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)隔直電容C4耦合，濾除直流信號(hào)，保證其各自直流工作狀態(tài)的獨(dú)立性。 Q3，Q4晶體管將光電流放大后通過(guò)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)放大倍數(shù)輸出電壓信號(hào)。信號(hào)的公共端是集電極，輸出電壓與輸入電壓同相且輸出電壓隨輸入電壓的變化而變化。輸出的電壓信號(hào)經(jīng)可調(diào)電阻W調(diào)節(jié)后再經(jīng)電容C6濾除頻率低的干擾信號(hào)，輸出信號(hào)A1。為了抑制噪聲和共模干擾信號(hào)，前級(jí)放大電路中的電壓信號(hào)放大倍數(shù)控制在10倍以內(nèi)。
前級(jí)放大電路利用了晶體管組成的放大電路具有低噪聲，高增益，低輸出阻抗，較好的信號(hào)帶寬和帶負(fù)載能力，以及良好的線性和抗干擾能力。為后續(xù)電路的信號(hào)處理提供了電壓信號(hào)，濾除了一部分低頻干擾信號(hào)。
1．2 二級(jí)放大電路
前級(jí)放大電路輸出的電壓信號(hào)A1依然比較微弱，需要進(jìn)一步放大處理。而且信號(hào)A1中還存在著共模電壓引起的共模干擾，主放大電路需要有極強(qiáng)的共模抑制能力，據(jù)此設(shè)計(jì)了二級(jí)放大電路原理圖，如圖2所示。