Y6DL-3型动态电阻应变仪小信号的测量研究

0 引言

    Y6DL-3 型动态电阻应变仪采用交流供桥、载波放大的型式，由测量电桥、标定电路、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器等组成。该型动态电阻应变仪由于经过相敏检波器后，输出的信号是包络线与被测信号波形规律相同但含有载波倍频和其他高频成分的谐波^［1］，还不是被测信号的波形，因此动态电阻应变仪输出端采用了一个 LCπ 型低通滤波器以滤除上述高频谐波，但该滤波器并没有将其中的载波信号完全滤除，残余载波电压峰峰值 208mV、频率 10kHz 如图 1 所示，影响了小信号的测量，故需再设计一个低通滤波器将其滤除。由于设计时滤波器的阶数、类型等最初无法完全给定，要根据滤波效果不断地进行调整，以达到理想的设计效果。在这种情况下，滤波器设计就要进行大量复杂的运算，单纯依靠公式计算或编制简单的程序很难在短时间内完成。为更好地滤除载波信号，利用 Filterlab2． 0 软件设计了四阶巴特沃斯有源低通滤波器并在实验中进行应用，结果表明这是一种有效的解决载波信号干扰的方法。

1 解决方案

    测量中的输入信号是一小直流信号，而载波信号为一较高频率的交流信号，针对其特点，考虑在应变仪的输出端再加一个低通滤波器以进一步滤去这一载波信号。常见的滤波器有巴特沃斯、切比雪夫及贝塞尔滤波器，相比之下，巴特沃斯滤波器在通频带上有一个很好的平滑的响应曲线，而且在截止频率以外有很好的衰减特性，元件的变化对性能没有很大的影响，是一个性能比较好而且常用的滤波器^［2］; 有源滤波器采用了有源放大器，不仅可以补充无源网络中的能量损耗，还可以根据要求提高信号的输出功率。在 100KHZ 以下可以广泛应用。在这个频率内，它具有能与 LC 滤波器充分竞争的特点^［3］。在使用运放作为有源器件的滤波器中，运放有许多优点，电路有体积小、精度高、性能稳定、易于调试等特点。综上所述，采用巴特沃斯有源低通滤波器。

2 有源低通滤波器的设计

2． 1 有源低通滤波器设计步骤

    1) 根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数。

    2) 选择具体的电路形式。

    3) 根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。

    4) 解方程组求出电路中元件的数值。

    5) 安装电路并进行调试，使电路性能满足指标要求［4］。

2． 2 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性

    巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为