电子产品世界

幅频特性

当

式中　
ω-角频率
Ｇｆ-Ｒｆ的电导

低频时电荷放大的频率响应仅决定于反馈电路参数Ｒｆ和Ｃｆ。反馈电阻Ｒｆ还有提供直流反馈、减小零漂、使电荷放大器工作稳定的作用。

2.2　滤波器

传统钢球振动测量仪中的滤波电路采用ＲＣ有源滤波器。这类滤波器由运算放大器外接电阻、电容构成的。滤波频率由电阻、电容参数决定，选配困难，调试不便。为了方便测量系统的调试与维修，减小滤波器的温漂与时漂，采用了集成状态变量滤波器。

所谓状态变量滤波器就是用状态变量法解二阶微分方程并致力于用模拟电子线路来获得的一种滤波电路。它是一种有源的模拟滤波器，是时间连续的滤波，与开关电容滤波器相比，噪声较小，动态性能优良。状态变量滤波器便于集成化，外接几个电阻便可构成低通、高通、带通带阻等各种类型的滤波器。集成化的状态变量滤波器基本单元是一个二阶环节，通过级联可实现四阶或八阶滤波器。这种滤波器的误差灵敏度低，即外接电阻参数稍有变化时，对传输特性的影响不大。

集中状态变量滤波器MAX274包含四个二阶环节，最高可构成一个八阶滤波器。图3是利用MAX274设计的400～800Hz带通滤波器，其频率特性满足《ＪＢ/Ｔ8075-1996　滚动轴承钢球振动测量仪的技术标准》中的要求。

图3　带通滤波器

2.3　有效值、对数电路

交流电压通常是以有效值来度量的，测量交流电压的电路有平均值转换器和真有效值转换器。平均值转换器电路简单，成本低，广泛应用于低精度的仪器仪表中，但由于采用平均值的电压表头是按正弦有效值进行刻度的，所以，只有在测仅包含正弦波的电压信号时，所显示的结果才是正确的。现代高精度仪器仪表很少再采用平均值转换器，代之发展并广为采用的是真有效值转换器。真有效值转换器可以实现周期性交流电压的有效值测量。其输出的直流电压，线性地正比于被测各种波形交流信号的有效值，不受输出波形失真度的影响。

有效值测量集成电路视其测量范围和精度要求有多种规格可选，较通用的有AD536、AD636、AD637、AD736及AD737Ｄ等。我们选用AD637，该集成器件是按有效值隐含运算而设计的，其精度优于0 1%，波峰因数≤10，相对稳定时间快，是当前集成真有效值转换器性能较好的一种。AD637由绝对值电路、平方/除法器、低通滤波/放大器和缓冲放大器等组成。AD637还设有对数输出口，通过外接电路设置对数电路零点，AD637测量有效值的输出值经过差动对数放大器后就得到所测量有效值的ｄＢ值。

2.4　校准信号源

采用集成函数发生器ICL8038和外接阻容元件构成信号发生器，输出260Hz与520Hz两种正弦波信号，用于电气系统进行自校。ICL8038的内部电路主要有矩形波、三角波发生电路和三角波变正弦波电路。该信号源的失真度≤1%，频率、波形调整方便。

3　抗干扰问题

制作性能稳定而可靠的测量电路，不仅需要正确设计电路、合理选择元器件，而且应从工艺上采取措施以抑制干扰和噪声。

由于电荷放大器为一种高阻抗测量电路，因此在实测中干扰及噪声的影响就显得十分严重，必须加以注意。钢球振动测量仪电气系统测试的信号范围为几微伏到几十毫伏，动态范围大，信号微弱。电气系统的基础噪声叠加到被测钢球的振动信号上，会影响到仪器的示值线形误差。因此，在该宽动态弱信号测量系统的设计过程中，抗干扰是要多加考虑的重要问题。

在该电气系统中，除了选用低噪声的元器件，还着重采取了以下一些抗干扰措施：将接地和屏蔽正确结合起来使用；对电源加以处理以防止干扰或低频自激；印制电路板上元器件的布局与信号走线、电气系统的装配工艺均要符合抗干扰的设计要求。

实践证明，该电气测量系统的测量精度高，基础噪声低，工作稳定可靠，且操作简单，调试、维修方便。

参考文献：
[1]　强锡富.传感器[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]　何书林，陈　晶，何华斌.实用模拟电路原理与设计速成[M].福州：福建科学技术出版社，2002.
[3]　康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1993.
[4]　Maxim Integrated Products公司. Maxim产品数据手册[Z].2002.

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关键词： 钢球振动 测量仪 电气系统 状态变量 滤波器