靜電信號調理電路開發設計

馮正興+裴曉鵬

摘 要：本文描述氣路顆粒物的荷電機理和靜電監測原理設計了低通濾波電路，增添了防電磁干擾電路，同時也加入靜態工作點穩定電路，提高了電路的精度和穩定性，消除了溫度對靜態工作點的影響；經過電路仿真和實際運行測試，取得了良好的去噪濾波效果。

關鍵詞：航空發動機 低通濾波電路 穩定

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A 文章號：1003-9082（2017）09-0-02

一、設計原理

1.靜電傳感器測量模型

根據傳感器感應探極特性，靜電傳感器是由感應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：傳感器的對地泄漏電阻Ra和后續運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量模型的等效電路，其中，假設在靜電傳感器感應到顆粒的電荷量為Q（t）， 測量模型等效電阻為R，；測量模型等效電容為C，。測量模型等效電路見圖1。

二、原理圖及仿真結果

1.原理圖設計

1.1元器件選擇

元器件的選擇，由于算出的、阻值不一定是標準值，因此需要確定實際元器件的參數值，然后再加以分析參數。實際的元件為R1=R2=9.06，C1=4.7pF，C2=2.2pF，運放為741。將元件參數代入計算式中計算出的理論截止頻率為f=5.3KHz。

1.2仿真元件圖

本設計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 連接于負載和信號源，分別為電路輸入和電路輸出接口。

（2）為提高信號純度，加入通交流阻直流功能，其中，C1 為耦合電容。

（3）C2、C5 、VCC和地構成防電磁干擾電路。

（4）為消除溫度對靜態工作點的影響，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放輸出端。

2.仿真結果

2.1時域仿真

通過模擬示波器仿真，得出的信號沒有失真現象，當頻率比較低時，即當<5K里，信號的幅度變化不大；而當繼續增大輸入信號的頻率，其輸出波形的幅度逐漸衰減，而且變化比較快，當頻率大到一定值以后，波形已經基本上完全衰減。時域仿真見圖 3

2.2頻域仿真

頻域仿真見圖 4。可以看出，3d B 的截止頻率約為 5.641KHz，與理論計算值基本吻合。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，而當繼續增大輸入信號的頻率，其輸出波形的幅度逐漸衰減，而且變化比較快，當頻率大到一定值以后，波形已經基本上完全衰減。仿真的結果與理論計算的結果一致。

三、總結

本文靜電傳感器信號調理電路進行了初步開發設計，闡述了濾波器原理，掌握了其基本原型、指標設定、參數計算、元件選擇以及電路實現。同時，本文改進一般的二階低通濾波器，加入防干擾電路模塊，提高其穩定性和精度；為消除溫度影響因素，增添靜態工作點穩定電路。理論計算的結果與仿真的結果達到一致。

參考文獻

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