一种用于石英音叉光声检测的前置带通滤波器

发布时间：2021-01-08 20:30

　　针对石英增强光声检测系统中石英音叉共振信号的特征及提取要求,设计了一款六阶切比雪夫有源模拟带通滤波器。根据切比雪夫滤波器理论和Sallen-Key拓扑结构模型完成实际电路的设计,并通过石英音叉共振特性测试实验对滤波器的性能做出了验证。实验结果表明,该滤波器能对石英音叉光声信号进行滤波去噪并无失真放大,其性能指标满足:通频带宽935 Hz,波纹0.8 dB,带外衰减51 dB,品质因数（Q）值35.09,能有效抑制环境噪声,可用于石英增强光声光谱检测领域光声前端信号的处理。 

【文章来源】：压电与声光. 2020,42(03)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

石英音叉等效电路

通过低噪声运算放大器OP37构建了一种Sallen-Key带通滤波器[9],其拓扑结构如图2所示。Sallen-Key拓扑结构输入阻抗高、增益精度高,适合做QTF后级信号处理电路。图2中,为了简化滤波器设计,令C1=C2=C,根据结点电流方程,得出Sallen-Key滤波器传递函数表达式为

光声检测一般选用标称值为32.768 kHz的QTF。受环境温度、压强及制作工艺的影响,音叉实际共振频率一般会偏离标称值,故须采用图3所示的前置放大器对QTF谐振频率进行标定。实验中,输入峰-峰值为100 μV的正弦信号对音叉进行缓慢扫描,扫描频率为32.7～32.8 kHz。将音叉谐振产生的电流引入到前置放大器的输入端,记录前置放大器输出幅值,不同频率的输出幅值变化即为音叉的幅频响应,如图4所示。由图可见,实验所用QTF在大气环境中共振频率约为32 752 Hz,-3 dB带宽约为6.5 Hz,Q值为5 038,前置放大器模块增益约为60.5 dB。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于切比雪夫Ⅰ型低通滤波器设计ⅡR数字带通滤波器[J]. 陈绍荣,刘郁林,王开,徐舜.  通信技术. 2019(01)
[3]利用石英增强光声光谱技术在2.0μm处实现高灵敏CO2检测的实验研究[J]. 刘小利,武红鹏,邵杰,董磊,张雷,马维光,尹王保,贾锁堂.  光谱学与光谱分析. 2015(08)
[4]全光式石英增强光声光谱系统光纤法珀解调技术研究[J]. 田莉,朱永,韦玮,林成,许祖稳.  激光与光电子学进展. 2014(06)
[5]全光式QEPAS系统光声信号检测方法研究[J]. 许祖稳,朱永,韦玮,林成,田莉.  光学与光电技术. 2014(02)
[6]串联耦合切比雪夫微环滤波器的设计[J]. 刘文楷,赵冉月,董小伟.  光子学报. 2014(03)
[7]基于Sallen-Key滤波器的核脉冲成形电路研究[J]. 李东仓,杨磊,田勇,袁树林.  核电子学与探测技术. 2008(03)
[8]石英谐振器力-频特性与结构参数的关系[J]. 田文杰,路峻岭,张福学.  传感器技术. 2003(01)



本文编号：2965250