基于反射式光幕靶的信号处理电路设计

摘要：针对大面积反射式光幕靶的特点设计了光电转换电路，并通过野外试验对测试电路的性能进行了实弹考核。该光电转换电路具有低噪声、高增益、低输出阻抗、较好的响应带宽和带负载能力。通过野外实弹试验表明，该电路能有效去除飞虫干扰和杂散光的干扰，保证了大面积反射式光幕靶的测试性能。
关键词：光幕靶；反射式；转换电路；测试

反射式光幕靶是利用光反射的原理研制而成的。大功率激光光源经光学系统处理后产生一定厚度的激光光幕，经支架上的反射膜反射后，将光幕反射信号经反射镜收集于右面的光学系统镜头内。由于反射式光幕靶的光源发生端和接收端之间没有连接部件，因此光的有效探测区域增加，特别适合测试诸如破片等散布范围大的飞行试验。但反射式光幕靶也有自身的一些缺点和不足，发射和接收部件分离，因此容易受到来自外界的冲击波和地震波的干扰，而且由于有效检测区域增加，在野外试验的时候来自飞虫等的干扰也将增加。当飞行物经过以后会有大量的干扰信号产生，如何得到真实的飞行物过靶时间而避免由于干扰信号给测试所带来的影响，需要设计一种响应速度快，抗干扰能力强的电路才能满足其测试要求。

1 电路设计
反射式光电测速系统的光信号通过逆向反射的方式进行传输，其传输距离达到12 m。由于光信号远距离的传输，光敏元件接收到的光信号强度比较弱，经光电转换后形成的光电流信号也很微弱仅有几十个微安，因此需要将电信号进行放大，整形后输出，以形成触发信号。由于光电信号很微弱并且伴有干扰，为了避免在放大过程中将噪声信号也同时放大，才用了两级放大的方法，第一级放大电路的主要功能是放大和滤波，二级电路主要作用是信号放大便于传输。
1．1 一级放大电路设计
系统采用光敏二极管，其光电流为30～50μA，所以需要将微弱的光电流信号转换成电压信号提供给后续放大电路处理。在前级放大电路设计时应用了晶体管共射极放大电路和共集电极放大电路的电流放大作用，将微弱的光电流信号进行放大后通过可调电阻形成输出电压，具体电路如图1所示。

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。