消除激光鍵相器光散射波動干擾電路設計

武芳

（江蘇衛生健康職業學院，江蘇南京，210086）

0 引言

激光由于指向性強、抗干擾能力強等特點，被廣泛應用在大型旋轉機械振動分析及故障診斷過程中。在處理鍵相信號的過程中，比較器是必不可少的重要環節，工程中經常采用的是施密特比較器，它具有滯回的特性（上、下比較點不同），抗干擾能力強[1]。但是實際應用中，它存在著問題：（1）上、下點比較電平固定不可變。（2）在采用單電源供電的應用中，下比較點的電平較高。（3）當需要下比較點較小或為負時，需要雙電源供電（這在有些應用場合是不允許的）。

本文設計了一種用于消除激光鍵相器在旋轉機械低速旋轉時反射帶由于光的散射所帶來的波動干擾，主要包括：信號平均值濾波、大回差遲滯比較器。

1 信號平均值濾波

該部分用于對前端所接收的放大后信號脈動大的成分進行整流平滑。由于反光帶的漫反射效應的影響，經過放大電路后，使得接收到的信號幅值起伏較大，后級電路為電壓比較電路，對于回差電壓比較小的電路，將導致輸出結果與預期不同，這會嚴重影響受控設備的正常工作。為此，設計了信號平均值平滑電路，對信號進行平滑再比較處理，電路如圖1所示。

圖1 信號平均值濾波電路圖

電路原理分析：經過放大后的信號從集成運算放大器的同相輸入端輸入，二極管D1、D2跨接在集成運算放大器的反向輸入端和輸出之間，與電阻R1和電容C1一起構成有源檢波電路，與無源檢波電路[2]相比，其具有較高的輸入阻抗，如圖2所示，(a)為無源檢波電路，上方為輸入信號，與圖(b)相比有很大的衰減。

圖2 檢波效果圖

2 大回差比較電路

該部分用于將經過平滑處理后的信號轉換為脈沖信號。由運算放大器組成反饋式大回差遲滯比較電路，在無信號時，根據噪聲的功率設置第一比較電平為高電平，當有信號時，在反饋的作用下將第二比較電平自動調節在低于信號波動的下峰值處，大大提高了處理信號的抗干擾能力，電路如圖3所示。

圖3 大回差比較電路圖

電路原理分析：經平均值電路處理后的信號，輸入至由集成運算放大器U2A、U2B和電阻R2、R3、R4、電位器RV1構成的大回差比較電路，在U2A的輸出得到脈沖信號。

大回差比較電路由VDD經電阻R2、R3串聯分壓，在U2A的反向輸入端設置一個固定基準電平。起始狀態，當運放U2A同相端沒有輸入信號時，運放U2A輸出為零、U2B輸出為VDD，此時運放U2A反向輸入端和運放U2B同相輸入端的電平為電阻R4、電位器RV1串聯后與電阻R2并聯和R3對VDD的分壓，U2A的反相輸入端電壓為：

當運放U2A同相端輸入的激光反射信號大于其反相輸入端電平時，運放U2A輸出端為高電平VDD。運放U2A輸出高電平使得運放U2B的反向輸入端電平高于其同相輸入端電平，則U2B輸出轉換為低電平。U2B的輸出直接使得運放U2A的反向輸入端的比較電平發生變化，向低電平方向變化，U2A的反相輸入端電壓為：

當U2A同相輸入端信號小于B點比較電平時，U2A輸出端為低電平，因此U2A輸出脈沖信號。

3 結語

本文設計了一種用于消除激光鍵相器由于光的散射所帶來的波動干擾，在采用單電源供電的條件下，電壓比較器的上、下點比較電平可調，其下比較點的電平可以設置較低，在實際應用中取得較好的效果。本文中的計算值以軌對軌集成放大器為例，普通集成放大器數據略低，電位器RV1用來調整電路的靈敏度，如圖4所示，電阻R4為平滑因子，用來保證電路輸出脈沖信號，適當增加R2的數值即可增大回差電壓。

圖4 可變門限電壓示意圖