图1工作原理如下:光敏管将光通量的变化转换成电流信号,经隔直电容C4耦合,滤除直流信号,保证其各自直流工作状态的独立性。 Q3,Q4晶体管将光电流放大后通过可调电阻调节放大倍数输出电压信号。信号的公共端是集电极,输出电压与输入电压同相且输出电压随输入电压的变化而变化。输出的电压信号经可调电阻W调节后再经电容C6滤除频率低的干扰信号,输出信号A1。为了抑制噪声和共模干扰信号,前级放大电路中的电压信号放大倍数控制在10倍以内。
前级放大电路利用了晶体管组成的放大电路具有低噪声,高增益,低输出阻抗,较好的信号带宽和带负载能力,以及良好的线性和抗干扰能力。为后续电路的信号处理提供了电压信号,滤除了一部分低频干扰信号。
1.2 二级放大电路
前级放大电路输出的电压信号A1依然比较微弱,需要进一步放大处理。而且信号A1中还存在着共模电压引起的共模干扰,主放大电路需要有极强的共模抑制能力,据此设计了二级放大电路原理图,如图2所示。
二级放大电路的核心器件选择的是LF357,其具有高增益,低噪声和高输入阻抗等特点且具有极强的共模抑制能力。主放大电路中设置的放大倍数在100倍左右。前级输出信号通过R16和R18分压后接入LF357反相输入接口引脚2,正向输入接口引脚3接地,放大后的输出信号由引脚6输出.
在室外进行靶场实验时,苍蝇、蚊虫等生物体往往导致测试系统的误触发,频繁时甚至导致整个测试无法进行。蚊虫运动产生的干扰信号的频率可以进行估计。与弹丸速度相比,蚊虫的运动速度要低的多,只要保证信号处理电路具有滤除一定数值范围的低频信号功能,就可滤除因蚊虫等生物体运动而产生的干扰信号。主放大电路中在LF357运算放大器后加入C7和R20组成的高通滤波电路,通过改变电容电阻的参数值可提高截至频率,削弱蚊虫信号引起的干扰信号。
电路中LF357输出电压与输入电压的关系为:
C7和R20高通滤波器的截止频率为:
1.3 比较电路
比较电路的主要功能是通过不同的比较电压阈值来调节系统的灵敏度,从而实现在外场试验时系统可避免体积较小的蚊虫等生物体引起的误触发。比较电路原理图如图3所示。
主放大电路的输出电压A2接入LM339的反向输入端,其同相输入端为比较阈值电压,可通过S1~S5进行五种不同的电压选择。系统灵敏度通过S旋转开关来进行调节,灵敏度设为1 V,2 V,3 V,4 V,5 V五档。1 V为灵敏度最高档,当选择该灵敏度时,弹丸过靶信号幅值超过1 V即可使LM339由截止状态变为饱和状态,经上拉电阻R15形成一个脉冲。
1.4 整形电路
信号整形电路是将比较电路输出的脉冲信号进行整形,以获得理想的脉冲输出信号。在整形电路设计中,选用型号为CD4013的双向D型触发器。整形电路原理图如图4所示。利用CD4013可给出测时仪所需脉冲信号,并且脉冲信号宽度固定,边沿陡峭变化过程在1μs以内,确保了测时精度。
2 试验测试
为验证反射式测速光幕靶的电路部分的测试性能,在野外进行试验。试验同时用锡箔靶进行测速,将其测速数据与反射式进行比较,实验结果如表1所示。实验进行了10发破片测速,反射式激光测速系统对破片的速度测量整体表现良好,与锡箔靶测试结果相差不大,电路工作稳定,未出现蚊虫干扰和误触发等现象,表明该系统的电路设计合理,工作可靠,能保证测试任务的完成。
3 结论
针对反射式光幕靶的工作特点,设计了专用电路,在电路设计中重点考虑了对蚊虫干扰以及对声波、地震波等的抗干扰处理,并且保证了电路的响应速度和可靠性。试验表明,该系统的电路设计合理、工作稳定,测试结果准确。电路的设计思想和方法不仅可以用于反射式激光测速装置,也为其他相关领域的电路设计提供了有益的参考和帮助。
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