低频声波声检测研究

　　低频声波是频率为0.0001Hz~300Hz声波, 通常情况下是人耳听不见的声音。随着科学技术和工业生产的发展, 产生低频声波的声源越来越多。例如, 人们在汽车、火车、轮船和飞机等运输工具中, 检测到了低频声波, 并且认为, 低频声波是引起人们不舒服、头晕和呕吐的一个主要原因。此外, 高速公路上的车辆、锅炉、压缩机、空调装置、运行中的电梯绳索等也是低频声波声源。专业的检测低频声波的设备比较昂贵, 高达数万元。本文在实验的基础上提出了一种比较实用的方法, 不仅降低了实验的费用, 而且取得了较好的效果。

　　本文提出的方法可以降低声检测电路的噪声干扰和提高输出信号的信噪比, 便于声识别和处理。

　　1 电路组成和工作原理

　　1.1 电路组成

　　在强噪声环境中提取有用的低频声信号, 可行的方法是利用差动放大器, 将低频声波作为差模信号处理。在此, 我们采用在线可编程器件ispPAC10组成差动放大器。

　　传感器选择电容低频声波传感器。随着声波传感器种类的不同, 灵敏度也有很人的差别农i列出了几种传感器的灵敏度选择电容式低频声波传感器，主要考虑其灵敏度范Ifil较宽广对于极距变化型电容传感器，灵敏度为:

　　式中，ε0为介电常数;A为极板有效而积;δ0为极板间距当改变ε0,A, δ0这几个参数中任个时，即可改变其灵敏度

　　1.2 工作原理与分析

　　电容式低频声波传感器转换电路采用差动电桥电路。电路原理图如图2所示。

　　从图2可得出电桥平衡条件为

　　此处C1和C2组成差动电容，δ1和δ2为相应的间隙若中心电极向上移动了Δδ，电桥重新平衡时有:

　　低频声波作用于传感器而产生微小的电容变化, 电桥把检测到的信号差动输出到前置放大器, 经调制解调器调制后, 转换为电压变化, 这个电压信号经过一级直流放大器放大并经过低通滤波器输出, 然后直接输入到差动放大器差动输入端。前置放大器示意图如3所示。

　　经过前置放大和差动放大后, 得到

　　其中:A1为前置放大器的放大倍数;A2为差动放大器的放大倍数。

　　2 电路设计

　　根据声检测需要选择合适的传感器(如低频声波传感器, 音频传感器, 超声传感器等) , 还可根据需要选择传感器的指向性。本文选择低频声波传感器, 采用桥式电路。

　　前置放大器应采用低噪声的放大器。这里采用ispPAC10设计低通滤波电路。这样做的目的是减少元器件数量, 降低输入噪声影响, 还可以根据需要设置电路的增益、Q值以及截止频率。低通滤波内部线路图如图4所示。