消除激光键相器光散射波动干扰电路设计

武芳

（江苏卫生健康职业学院，江苏南京，210086）

0 引言

激光由于指向性强、抗干扰能力强等特点，被广泛应用在大型旋转机械振动分析及故障诊断过程中。在处理键相信号的过程中，比较器是必不可少的重要环节，工程中经常采用的是施密特比较器，它具有滞回的特性（上、下比较点不同），抗干扰能力强[1]。但是实际应用中，它存在着问题：（1）上、下点比较电平固定不可变。（2）在采用单电源供电的应用中，下比较点的电平较高。（3）当需要下比较点较小或为负时，需要双电源供电（这在有些应用场合是不允许的）。

本文设计了一种用于消除激光键相器在旋转机械低速旋转时反射带由于光的散射所带来的波动干扰，主要包括：信号平均值滤波、大回差迟滞比较器。

1 信号平均值滤波

该部分用于对前端所接收的放大后信号脉动大的成分进行整流平滑。由于反光带的漫反射效应的影响，经过放大电路后，使得接收到的信号幅值起伏较大，后级电路为电压比较电路，对于回差电压比较小的电路，将导致输出结果与预期不同，这会严重影响受控设备的正常工作。为此，设计了信号平均值平滑电路，对信号进行平滑再比较处理，电路如图1所示。

图1 信号平均值滤波电路图

电路原理分析：经过放大后的信号从集成运算放大器的同相输入端输入，二极管D1、D2跨接在集成运算放大器的反向输入端和输出之间，与电阻R1和电容C1一起构成有源检波电路，与无源检波电路[2]相比，其具有较高的输入阻抗，如图2所示，(a)为无源检波电路，上方为输入信号，与图(b)相比有很大的衰减。

图2 检波效果图

2 大回差比较电路

该部分用于将经过平滑处理后的信号转换为脉冲信号。由运算放大器组成反馈式大回差迟滞比较电路，在无信号时，根据噪声的功率设置第一比较电平为高电平，当有信号时，在反馈的作用下将第二比较电平自动调节在低于信号波动的下峰值处，大大提高了处理信号的抗干扰能力，电路如图3所示。

图3 大回差比较电路图

电路原理分析：经平均值电路处理后的信号，输入至由集成运算放大器U2A、U2B和电阻R2、R3、R4、电位器RV1构成的大回差比较电路，在U2A的输出得到脉冲信号。

大回差比较电路由VDD经电阻R2、R3串联分压，在U2A的反向输入端设置一个固定基准电平。起始状态，当运放U2A同相端没有输入信号时，运放U2A输出为零、U2B输出为VDD，此时运放U2A反向输入端和运放U2B同相输入端的电平为电阻R4、电位器RV1串联后与电阻R2并联和R3对VDD的分压，U2A的反相输入端电压为：

当运放U2A同相端输入的激光反射信号大于其反相输入端电平时，运放U2A输出端为高电平VDD。运放U2A输出高电平使得运放U2B的反向输入端电平高于其同相输入端电平，则U2B输出转换为低电平。U2B的输出直接使得运放U2A的反向输入端的比较电平发生变化，向低电平方向变化，U2A的反相输入端电压为：

当U2A同相输入端信号小于B点比较电平时，U2A输出端为低电平，因此U2A输出脉冲信号。

3 结语

本文设计了一种用于消除激光键相器由于光的散射所带来的波动干扰，在采用单电源供电的条件下，电压比较器的上、下点比较电平可调，其下比较点的电平可以设置较低，在实际应用中取得较好的效果。本文中的计算值以轨对轨集成放大器为例，普通集成放大器数据略低，电位器RV1用来调整电路的灵敏度，如图4所示，电阻R4为平滑因子，用来保证电路输出脉冲信号，适当增加R2的数值即可增大回差电压。

图4 可变门限电压示意图