武芳

（江蘇衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院，江蘇南京，210086）

0 引言

激光由于指向性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析及故障診斷過(guò)程中。在處理鍵相信號(hào)的過(guò)程中，比較器是必不可少的重要環(huán)節(jié)，工程中經(jīng)常采用的是施密特比較器，它具有滯回的特性（上、下比較點(diǎn)不同），抗干擾能力強(qiáng)[1]。但是實(shí)際應(yīng)用中，它存在著問(wèn)題：（1）上、下點(diǎn)比較電平固定不可變。（2）在采用單電源供電的應(yīng)用中，下比較點(diǎn)的電平較高。（3）當(dāng)需要下比較點(diǎn)較小或?yàn)樨?fù)時(shí)，需要雙電源供電（這在有些應(yīng)用場(chǎng)合是不允許的）。

本文設(shè)計(jì)了一種用于消除激光鍵相器在旋轉(zhuǎn)機(jī)械低速旋轉(zhuǎn)時(shí)反射帶由于光的散射所帶來(lái)的波動(dòng)干擾，主要包括：信號(hào)平均值濾波、大回差遲滯比較器。

1 信號(hào)平均值濾波

該部分用于對(duì)前端所接收的放大后信號(hào)脈動(dòng)大的成分進(jìn)行整流平滑。由于反光帶的漫反射效應(yīng)的影響，經(jīng)過(guò)放大電路后，使得接收到的信號(hào)幅值起伏較大，后級(jí)電路為電壓比較電路，對(duì)于回差電壓比較小的電路，將導(dǎo)致輸出結(jié)果與預(yù)期不同，這會(huì)嚴(yán)重影響受控設(shè)備的正常工作。為此，設(shè)計(jì)了信號(hào)平均值平滑電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑再比較處理，電路如圖1所示。

圖1 信號(hào)平均值濾波電路圖

電路原理分析：經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)從集成運(yùn)算放大器的同相輸入端輸入，二極管D1、D2跨接在集成運(yùn)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(gòu)成有源檢波電路，與無(wú)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(wú)源檢波電路，上方為輸入信號(hào)，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(jīng)過(guò)平滑處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。由運(yùn)算放大器組成反饋式大回差遲滯比較電路，在無(wú)信號(hào)時(shí)，根據(jù)噪聲的功率設(shè)置第一比較電平為高電平，當(dāng)有信號(hào)時(shí)，在反饋的作用下將第二比較電平自動(dòng)調(diào)節(jié)在低于信號(hào)波動(dòng)的下峰值處，大大提高了處理信號(hào)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(jīng)平均值電路處理后的信號(hào)，輸入至由集成運(yùn)算放大器U2A、U2B和電阻R2、R3、R4、電位器RV1構(gòu)成的大回差比較電路，在U2A的輸出得到脈沖信號(hào)。

大回差比較電路由VDD經(jīng)電阻R2、R3串聯(lián)分壓，在U2A的反向輸入端設(shè)置一個(gè)固定基準(zhǔn)電平。起始狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)放U2A同相端沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)放U2A輸出為零、U2B輸出為VDD，此時(shí)運(yùn)放U2A反向輸入端和運(yùn)放U2B同相輸入端的電平為電阻R4、電位器RV1串聯(lián)后與電阻R2并聯(lián)和R3對(duì)VDD的分壓，U2A的反相輸入端電壓為：

當(dāng)運(yùn)放U2A同相端輸入的激光反射信號(hào)大于其反相輸入端電平時(shí)，運(yùn)放U2A輸出端為高電平VDD。運(yùn)放U2A輸出高電平使得運(yùn)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(zhuǎn)換為低電平。U2B的輸出直接使得運(yùn)放U2A的反向輸入端的比較電平發(fā)生變化，向低電平方向變化，U2A的反相輸入端電壓為：

當(dāng)U2A同相輸入端信號(hào)小于B點(diǎn)比較電平時(shí)，U2A輸出端為低電平，因此U2A輸出脈沖信號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種用于消除激光鍵相器由于光的散射所帶來(lái)的波動(dòng)干擾，在采用單電源供電的條件下，電壓比較器的上、下點(diǎn)比較電平可調(diào)，其下比較點(diǎn)的電平可以設(shè)置較低，在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的效果。本文中的計(jì)算值以軌對(duì)軌集成放大器為例，普通集成放大器數(shù)據(jù)略低，電位器RV1用來(lái)調(diào)整電路的靈敏度，如圖4所示，電阻R4為平滑因子，用來(lái)保證電路輸出脈沖信號(hào)，適當(dāng)增加R2的數(shù)值即可增大回差電壓。

圖4 可變門(mén)限電壓示意圖