礦用振動加速度傳感器信號調理裝置研制-下部
導讀：上章談到1.2.2的內容，本章繼續談振動篩濾波電路
１．２．３ 濾波電路
在振動信號調理板的后端設置濾波電路，作用有２個：
①提高信噪比；
②壓縮頻帶，限制在小于ｆｓ（ｆｓv為采樣頻率）的范圍內，以免引起頻率折疊的“假相信號”。振動加速度傳感器輸出電壓Ｕ1可以通過高通濾波環節消除低頻噪聲的影響，如圖５所示。
圖５ 濾波電路
由圖５ 可得濾波器的截止頻率為
ＨＫ９１４１型振動加速度傳感器的頻率響應范圍為０．５～１０ｋＨｚ，所以濾波器的截止頻率略大于１０ｋＨｚ即可。選定濾波器的截止頻率為１０．５ｋＨｚ后即可設計濾波電路的元件參數。一般先選定濾波電容Ｃ，然后根據式（２）求出濾波電阻Ｒ的阻值。濾波器如果能選用小的濾波電容，則價格較低，但濾波電阻也不宜過大，避免傳感信號的衰減。故本文選?。茫剑玻?mu;Ｆ，Ｒ＝５．１ｋΩ。為方便多路振動信號的采集和調理，每個振動信號調理板上集成了４路調理電路。４路調理電路統一由供電模塊進行供電，每一路的信號調理電路包括激勵電路和濾波電路２個部分。信號調理板的單路振動信號調理電路如圖６所示。
圖6 信號調理板的單路振動信號調理電路
１．３ 防護設計
根據本質安全設計要求，振動信號調理板必須做特殊防護處理。電路板表面需進行澆封，同時所有的輸入輸出接口都必須防水且不暴露在煤礦井下環境中。鑒此，本文采用某工程塑料設計了一種防水外殼，將澆封后的振動信號調理板放入該外殼中。
２ 測試結果
為了驗證振動加速度傳感器信號調理裝置的實用性，采用４２９４型振動校正器和示波器搭建實驗平臺，分 別 對 該 裝 置 的４路 信 號 調 理 電 路 進 行 測試。４２９４型 振 動 校 正 器 參 數：激 振 頻 率 為１５９．１５±０．０２％ Ｈｚ；加速度為１０±３％ ｍ／ｓ２；速度為１０±３％ ｍｍ／ｓ。示 波 器 獲 取 的４路 振 動 信 號如圖７所示。
圖７ 實驗結果
從圖７可得出４路振動信號的特征參數，見表１。
表１?。绰氛駝雍Y信號的特征參數
振動校正器產生一個正弦加速度振動信號，該信號的峰值Ｘ＾＝１０±３％ ｍ／ｓ２，ＨＫ９１４１型礦用振動篩加速度傳感器的靈敏度Ｓ＝５ｍＶ／ｍｓ－２。根據式，可得該振動信號的電壓峰峰值Ｕ′ｐ－ｐ為：
得到信號調理電路理論上的輸出電壓峰峰值Ｕ′ｐ－ｐ為９７～１０３ｍＶ。表１中各路信號電壓峰峰值都在理論電壓內。因此，該礦用振動加速度傳感器信號調理裝置的靈敏度為５ｍＶ／ｍｓ－２。振動校正器產生的正弦加速度振動信號的頻率為１５９．１５±０．０２％ Ｈｚ，從表１可看出，４路振動信號的頻率誤差均在０．２８％以內。測試結果表明，該信號調理裝置具有一定的可靠性和實用性。
３ 結語
研制了一種礦用振動篩加速度傳感器信號調理裝置，并從振動加速度傳感器的選型設計、振動信號調理板設計及防護設計３個方面詳細介紹了該信號調理裝置的設計。測試結果驗證了該信號調理裝置的準確性。
完
