干涉型光纖擾動傳感器信號調(diào)理電路的設(shè)計和仿真
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3 前置放大電路
3．1 電路設(shè)計
前置放大電路原理如圖4所示。通過PIN光電二極管輸入的信號經(jīng)過I／V變換將光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，而后再將電壓信號經(jīng)中間放大電路進行電壓信號放大。電路分析：運放U1A及其外圍元件組成了I／V變換電路。其中R1是為了消除探測器輸出電流中的毛刺，R2為防止電路自激并提供直流通道，C1為隔直電容，C3和R4用于直流平衡及交流補償。R3為反饋電阻，C2用于減小噪聲帶寬以保證R3對電路噪聲的影響最小。由于加入電容C2后，電路的幅頻特性會發(fā)生改變，相當于一個濾波器，所以在選取C2時要同時考慮PIN管探測信號的頻譜以免將有用信號過度衰減或者濾掉。運放U1D及其外圍元件R5，R6，R7組成的反相放大器作為中間放大電路對電壓信號進一步放大。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162175.htm
電路中集成運放選擇也十分重要。對其輸入電阻、開環(huán)增益、轉(zhuǎn)換速率和增益帶寬、噪聲電壓都有較高要求。美國BB公司出品的高速FET輸入寬帶集成運算放大器OPA132具有極高的輸入阻抗；較大的開環(huán)增益和增益帶寬，極快的電壓轉(zhuǎn)換速率和極小的等效噪聲帶寬，是非常理想的前置放大用集成電路。本文在電路中選擇OPA132的四運放形式OPA4132，它大大減小了電路體積與配置的復(fù)雜程度，降低了噪聲引入。
3．2 電路仿真
搭建仿真電路，并用仿真軟件Multisim 10中兩通道示波器、波特圖示儀對設(shè)計的前置放大器分別仿真，得到如圖5所示仿真結(jié)果。從圖5可以看出，經(jīng)過前置放大電路后輸出信號相比輸入信號放大了約2×103倍，且基本無失真。
圖6為該電路的幅頻特性曲線。可以看出該前置放大電路對高頻有一定的抑制作用，其主要是放大了低頻微弱信號。在圖中曲線的中間水平線中可以清楚得到電路的增益為65．284 dB，用鼠標拖動讀數(shù)軸可得上限頻率fH=9.501kHz，下限頻率fL=194.486Hz，頻寬B=fH-fL=9.306 kHz。
4 帶通濾波電路
4．1 濾波器設(shè)計
為使檢測電路具有良好的信噪比，還需要用帶通濾波器對信號進一步處理。該設(shè)計在前置放大電路之后加入帶通濾波電路，以除去有用信號頻帶以外的噪聲，包括環(huán)境噪聲及由前置放大器引入的噪聲。由于振動引起的信號頻率較低，經(jīng)過實驗確定其信號的有效頻率在2～5 kHz之間。該設(shè)計對濾波器要求為：中心頻率2 kHz，帶寬為500 Hz～8 kHz，帶增益G=2。
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