激光测距机调直流马达火花电压的干扰及抑制
激光测距机调直流马达火花电压的干扰及抑制
作者:徐日新
马达转镜调Q是固体激光测距仪激光器最普遍的种调Q方法,它利用马达转子带动全反射棱镜旋 转,通过控制氝灯触发至转镜到达共振腔平行位置的时间,使之等于氝灯点燃到粒子反转数 达最大值的时间来达到激光器的Q值突变,从而产生巨脉冲。常用的调Q马达大多为直流马 达,工作电压可在20,.._.,27伏之间变动,转速在每分钟3万转左右.
直流马达的转子由电枢绕组和换向器(包括多个换向片)组成。马达电源的直流电流通 过二个固定炭刷接到换向器,然后流入电枢绕组,在转子转动时,炭刷 与换向器经常保持接触。当炭刷与换向片分离时,可视为个储蓄电磁能量(电枢绕组的感应电动 势)很大的电路断开的情况,此能量即以火花的 形式放出。高速马达具有较多的换向片,因此,当转子高速旋转时,通电的炭刷与换向片之间的接触就会产生连续的火花干扰。严重的火花能烧伤炭刷,使其接触表面变得粗糙,从而减小炭刷的接触 面积.当炭刷与换向片之间的接触面减小时,将显著地增大电流密度和火花。所以,长时间工作后的马达将产生更大的火花千扰。
火花电压周期性低频成份的频率由马达转速和换向片的个数决定,即火花频率=转动频率X换向片数。例如,一个具有14个换向片,以每分钟3万转的马达,在其周期性的电压波形上还叠加有许多高幅度的杂乱的窄脉冲,这些窄脉冲的频率分布是连续的,可从儿十于赫 到儿十兆赫,幅度可达儿伏至十几伏并随外加电压的升高而增大,其干扰作用主要来自千,这些高频脉冲.示波器观察到的马达火花电压波形。
由于马达火花的分布频率很高,因此火花能以电磁波的形式向空间辐射,也能通过静电耦合传输到其他线路上去。但最主要的是通过马达的两根电源线传输出去在测距机中,受到火花干扰威协最大的是探测放大器和距离计数器电路。当探测放大器的两根输入引线较长,而又不加屏蔽时,它们可以起天线效应,接收火花电磁波的空间辐射,从而将火花噪声电压送入放大器的输入端,于是放大器输出干扰信号推动距离计数器,使计数器乱带。较强 的火花电压也能通过地线的串扰直接干扰距离计数器,使计数器出现乱计数的现象。此外,氝灯触发同步的磁头感应信号线也极易受火花 干扰(磁头线从马达附近引出),从而破坏了 氝灯的同步触发,使激光器无输出。如此种 种可见,马达火花的危害颇大,需要引起重视.
在测距机电路中, 通常采用先切断马达电源,后触发的方法,这还是不能避免火花干扰。
因为马达断电后, 凭惯性转动还有几秒钟的时直流马达火花电压波形间, 通电时储存在电枢绕组中的电磁能仍然要以火花的形式向外泄放。 另 一种较为有效的办法是将马达两根电源引线单独与马达电源两端 点相连, 不与其它线路共地;并将两电源线加以屏蔽, 以防长线传输过程中的辐射。 但对一 些火花电压幅度较大的马达, 由千各种电源线、 信号线在长电缆中均处于平行位置, 火花信 号也可以通过静电耦合串入其他电路中。 另外马达电源的输出端与其输入端之间有变压器耦 合, 变压器的输入端有交流接地点, 因此, 通过电源线返回电源的火花信号仍有可能窜入地 线, 通过公共地线干扰其他电路。 在测距机生产中, 为了减小马达火花电压的干扰, 需要对 调Q用直流马达进行严格的火花电压筛选, 有较大火花的马达只能不用, 结果造成价值昂贵 的直流马达的积压和浪费。
根据上述的分析可知, 最好的办法是将火花信号在没有向外传输之前就加以抑制。 针对这个问题, 曾经作过多种火花电压去耦电路的试验, 最后发现电路有较理想的去耦效果, 并且所用的元件少、 成本低、 体积小, 便千装置在调Q马达附近。
电路组成为两个对称的L、 C高频滤波器。 由千马达正负线均有火花电压输出, 因此,这种对称的L、 C滤波是必要的。图中VM 为马达直流电源, 实际使用中往往要通过两根 长线与马达的引出线相接。M为调Q直流马达,其外壳(定子)应与所安装的主机壳体有良好的电气接触。L1和L2为绕在同一个环形铁氧体磁心(MX-2000<!> 16或q>22)上的匝数相同 的电感线圈,用巾0,27左右的漆包线在磁环上 分别平绕一层即可(电感量达儿十微亭)。L1和L2的两个端头在连接马达引线和外电源线时若按图上标注的同名端接法,则抑制效果最佳。因为L1、L2为绕在同一个磁性体上的两个线圈,彼此间有互感m存在,当L1通过马达与 L2顺向串联时,其抑制回路的等效电感为L=L1十L2+2m,若是反向串联,则其等效电感 L'= L叶L2-2m, 显然,等效电感大的接法对火花电压抑制能力强。C1、C2,C3为三个0,47 微法的玻璃釉电容器,休积很小,C2和C3的连接点要与固定马达机座的壳体相连接,使通过、心的火花信号电流以最短的路径流回干扰渊, 鸦免了火花信号电流在其它电路的公共地2线上造成火花电压降所产生的干扰.整个去耦电路(图中虚线的右边部分)必须固定在马达附近, 然后以端点A、 B与长电源线相接。 这样,火花干扰信号在通过电源线传输以前就被抑制住了.斗火花电压的测试电路如图4所示, DV为峰值电子管电压表, 它通过一个隔直电容与马达电源的正负端相接。 当不加图中虚线方框内的抑制电路时, DV指示值达儿伏甚至十几伏, 示波器观察到的波形. 在接入抑制电路后, DV指示值大大减小, 一般在一零点几伏。此时示波器观察到的只有些干净的周期性的小脉冲,那些高频的、杂乱的窄脉冲几乎不出现。
将这种火花抑制电路应用到测距机上时.收到明显的效果. 实验利用一个火花电压较高(峰值VP> 5伏)的马达装调激光器, 在不加火花抑制电路的情况下, 即使不接放大器, 至离计数器也会随着马达的转动乱计数。 加上火花抑制电路时, 接好放大器, 即使马达长时间的连续转动, 距离计数器也很少出现开门的现象, 这就可靠地避免了由火花于扰引起的测 距虚警率。
在对火花电压要求更严格的场合, 可采用二级对称L心滤波抑制电路, 将使 火花电压减到最小.图中丛、巨是与L八凸相同的电感线圈, 绕在另一个环形磁心上.
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