基于反射式光幕靶的信號處理電路設(shè)計

摘要：針對大面積反射式光幕靶的特點設(shè)計了光電轉(zhuǎn)換電路，并通過野外試驗對測試電路的性能進行了實彈考核。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)帶寬和帶負載能力。通過野外實彈試驗表明，該電路能有效去除飛蟲干擾和雜散光的干擾，保證了大面積反射式光幕靶的測試性能。
關(guān)鍵詞：光幕靶；反射式；轉(zhuǎn)換電路；測試

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，將光幕反射信號經(jīng)反射鏡收集于右面的光學系統(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有連接部件，因此光的有效探測區(qū)域增加，特別適合測試諸如破片等散布范圍大的飛行試驗。但反射式光幕靶也有自身的一些缺點和不足，發(fā)射和接收部件分離，因此容易受到來自外界的沖擊波和地震波的干擾，而且由于有效檢測區(qū)域增加，在野外試驗的時候來自飛蟲等的干擾也將增加。當飛行物經(jīng)過以后會有大量的干擾信號產(chǎn)生，如何得到真實的飛行物過靶時間而避免由于干擾信號給測試所帶來的影響，需要設(shè)計一種響應(yīng)速度快，抗干擾能力強的電路才能滿足其測試要求。

1 電路設(shè)計
反射式光電測速系統(tǒng)的光信號通過逆向反射的方式進行傳輸，其傳輸距離達到12 m。由于光信號遠距離的傳輸，光敏元件接收到的光信號強度比較弱，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后形成的光電流信號也很微弱僅有幾十個微安，因此需要將電信號進行放大，整形后輸出，以形成觸發(fā)信號。由于光電信號很微弱并且伴有干擾，為了避免在放大過程中將噪聲信號也同時放大，才用了兩級放大的方法，第一級放大電路的主要功能是放大和濾波，二級電路主要作用是信號放大便于傳輸。
1．1 一級放大電路設(shè)計
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轉(zhuǎn)換成電壓信號提供給后續(xù)放大電路處理。在前級放大電路設(shè)計時應(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進行放大后通過可調(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，經(jīng)隔直電容C4耦合，濾除直流信號，保證其各自直流工作狀態(tài)的獨立性。 Q3，Q4晶體管將光電流放大后通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)放大倍數(shù)輸出電壓信號。信號的公共端是集電極，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，輸出信號A1。為了抑制噪聲和共模干擾信號，前級放大電路中的電壓信號放大倍數(shù)控制在10倍以內(nèi)。
前級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，較好的信號帶寬和帶負載能力，以及良好的線性和抗干擾能力。為后續(xù)電路的信號處理提供了電壓信號，濾除了一部分低頻干擾信號。
1．2 二級放大電路
前級放大電路輸出的電壓信號A1依然比較微弱，需要進一步放大處理。而且信號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的共模抑制能力，據(jù)此設(shè)計了二級放大電路原理圖，如圖2所示。