靜電信號(hào)調(diào)理電路開發(fā)設(shè)計(jì)

馮正興+裴曉鵬

摘 要：本文描述氣路顆粒物的荷電機(jī)理和靜電監(jiān)測(cè)原理設(shè)計(jì)了低通濾波電路，增添了防電磁干擾電路，同時(shí)也加入靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，提高了電路的精度和穩(wěn)定性，消除了溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響；經(jīng)過電路仿真和實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，取得了良好的去噪濾波效果。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 低通濾波電路 穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章號(hào)：1003-9082（2017）09-0-02

一、設(shè)計(jì)原理

1.靜電傳感器測(cè)量模型

根據(jù)傳感器感應(yīng)探極特性，靜電傳感器是由感應(yīng)探極和自身形成的等效電路組成，在此等效電路中，包含兩種電容：靜電傳感器的對(duì)地電容Ca和傳輸電纜的之間的分布電容Cc；還包含兩種電阻：傳感器的對(duì)地泄漏電阻Ra和后續(xù)運(yùn)算放大器的輸入阻抗Ri（決定性影響因素為電極的物理模型、絕緣程度、溫濕度等）。圖中所示為靜電傳感器測(cè)量模型的等效電路，其中，假設(shè)在靜電傳感器感應(yīng)到顆粒的電荷量為Q（t）， 測(cè)量模型等效電阻為R，；測(cè)量模型等效電容為C，。測(cè)量模型等效電路見圖1。

二、原理圖及仿真結(jié)果

1.原理圖設(shè)計(jì)

1.1元器件選擇

元器件的選擇，由于算出的、阻值不一定是標(biāo)準(zhǔn)值，因此需要確定實(shí)際元器件的參數(shù)值，然后再加以分析參數(shù)。實(shí)際的元件為R1=R2=9.06，C1=4.7pF，C2=2.2pF，運(yùn)放為741。將元件參數(shù)代入計(jì)算式中計(jì)算出的理論截止頻率為f=5.3KHz。

1.2仿真元件圖

本設(shè)計(jì)壓控電壓源二階低通濾波電路原理圖如圖 2所示。

電路說明如下：

（1）J1 與J2 連接于負(fù)載和信號(hào)源，分別為電路輸入和電路輸出接口。

（2）為提高信號(hào)純度，加入通交流阻直流功能，其中，C1 為耦合電容。

（3）C2、C5 、VCC和地構(gòu)成防電磁干擾電路。

（4）為消除溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，加入R7 、 R3 。

（5）為改善截止頻率附近的幅頻特性，電容 C3 不直接接地而接在運(yùn)放輸出端。

2.仿真結(jié)果

2.1時(shí)域仿真

通過模擬示波器仿真，得出的信號(hào)沒有失真現(xiàn)象，當(dāng)頻率比較低時(shí)，即當(dāng)<5K里，信號(hào)的幅度變化不大；而當(dāng)繼續(xù)增大輸入信號(hào)的頻率，其輸出波形的幅度逐漸衰減，而且變化比較快，當(dāng)頻率大到一定值以后，波形已經(jīng)基本上完全衰減。時(shí)域仿真見圖 3

2.2頻域仿真

頻域仿真見圖 4?？梢钥闯?，3d B 的截止頻率約為 5.641KHz，與理論計(jì)算值基本吻合。通過掃頻儀的仿真可知，該電路的幅頻特性與低通濾波器的幅頻特性一致。在低頻段的幅度幾乎沒有變化，而當(dāng)繼續(xù)增大輸入信號(hào)的頻率，其輸出波形的幅度逐漸衰減，而且變化比較快，當(dāng)頻率大到一定值以后，波形已經(jīng)基本上完全衰減。仿真的結(jié)果與理論計(jì)算的結(jié)果一致。

三、總結(jié)

本文靜電傳感器信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行了初步開發(fā)設(shè)計(jì)，闡述了濾波器原理，掌握了其基本原型、指標(biāo)設(shè)定、參數(shù)計(jì)算、元件選擇以及電路實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，本文改進(jìn)一般的二階低通濾波器，加入防干擾電路模塊，提高其穩(wěn)定性和精度；為消除溫度影響因素，增添靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。理論計(jì)算的結(jié)果與仿真的結(jié)果達(dá)到一致。

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