用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，二极管D1的正极与电源VCC的输出端相连，二极管D1的负极与电感L1输入端相连，电感L1输入端连接至稳压管W1的输入端，稳压管W1的输出端通过第一电阻R1分别与其电压调节端和第一加速度传感器P1的输出端连接，第一加速度传感器P1输出端连接至高通滤波器的输入端，第一集成运算放大器LM1的负极与其输出端相连，第一集成运算放大器LM1的输出端与低通滤波器的输入端相连，本实用新型实现同时实时检测摊铺机熨平板振动器振动频率和振捣梁振捣频率的目的，便于操作人员操控熨平板的振动频率，大大提高了摊铺机工作效率。
【专利说明】
用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种滤波电路，尤其是用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带 通滤波电路，具体涉及一种用于检测摊铺机熨平板振动器振动频率和振捣梁振捣频率的带 通滤波电路。
【背景技术】
[0002] 摊铺机熨平板振动器的振动频率与振捣器振捣频率对摊铺密实度影响很大，为了 能使摊铺机获得一个较高的摊铺密实度，需要使摊铺机熨平板的振动器和振捣器工作在一 个合适的振动频率范围内，因此，在摊铺机作业时需同时实时对两者的工作频率进行检测， 为了达到这个目的，可以采用离散型傅里叶变换测频法实现该功能，所谓离散型傅里叶变 换测频法，就是通过离散型傅里叶变换法将离散的数字信号转换为频率信号，从而实现对 多个频率进行测量，采用离散型傅里叶变换测频法对摊铺机熨平板振动器和振捣梁工作频 率进行测量时，一般需在模拟信号转换为数字信号之前对模拟信号进行滤波，滤掉摊铺机 振动器和振捣梁工作频率范围之外的干扰信号，避免除振动器振动频率和振捣梁振捣频率 这两个频率之外的多个频率出现，不利于数据的读取，影响摊铺机工作效率。
【发明内容】
[0003] 针对目前摊铺机没有设置频率实时检测装置，对摊铺机振动系统的振动频率和振 捣系统的频率只能粗调的现状，本实用新型提供一种用于检测摊铺机振动频率和振捣频率 的带通滤波电路，实现同时实时检测摊铺机熨平板振动器振动频率和振捣梁振捣频率的目 的，便于操作人员操控熨平板的振动频率，大大提高了摊铺机工作效率。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：用于检测摊铺机振动频率和 振捣频率的带通滤波电路，包括二极管Dl、电感Ll、稳压管Wl、第一加速度传感器Pl、运算放 大器LMl、高通滤波器以及低通滤波器，其中稳压管Wl为包括输入端、输出端和电压调节端 的三端集成稳压管;防止电源反接的二极管Dl的正极与电源VCC的输出端相连，二极管Dl的 负极与电感Ll输入端相连，电感Ll输入端连接至稳压管Wl的输入端，稳压管Wl的输出端通 过第一电阻Rl分别与其电压调节端和第一加速度传感器Pl的输出端连接，第一加速度传感 器Pl输出端连接至高通滤波器的输入端，高通滤波器的输出端连接第一集成运算放大器 LMl的正极，第一集成运算放大器LMl的负极与其输出端相连，第一集成运算放大器LMl的输 出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端通过第二加速度传感器P2与负载电 路相连。
[0005] 所述高通滤波器采用RC高通滤波器，包括由第一电容Cl和第二接地电阻R2,第一 电容Cl的输入端作为RC高通滤波器的输入端，第一电容Cl的输出端连接第二接地电阻R2， 且第一电容Cl的输出端作为RC高通滤波器的输出端。
[0006] 所述低通滤波器为四阶巴特沃斯低通滤波器，由两个二阶巴特沃斯低通滤波器串 联而成，其中第一二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连接第一集成运算放大器LMl的输出 端，第一二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端与第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连 接，第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至通过第二加速度传感器P2。
[0007] 所述第一二阶巴特沃斯低通滤波器包括一端作为输入端的第三电阻R3,第三电阻 R3的调节端连接至第二电容C2的输入端，且第三电阻R3的输出端分别与第四电阻R4和第二 电容C2的输入端连接，第四电阻R4的输出端和调节端均连接至第三接地电容C3和第二集成 运算放大器LM2的输入端，第二集成运算放大器LM2的输出端分别连接第二电容C2的输出 端、第六电阻R6的输入端和调节端，第六电阻R6的输出端分别连接第五接地电阻R5的输入 端以及第二集成运算放大器LM2的负极，同时第二集成运算放大器LM2的输出端作为第一二 阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至作为第二阶巴特沃斯低通滤波器输入端的第七电 阻R7的输入端，第七电阻R7的调节端连接至第四电容C4的输入端，且第七电阻R7的输出端 分别与第八电阻R8和第四电容C4的输入端连接，第八电阻R8的输出端和调节端均连接至第 五接地电容C5和第三集成运算放大器LM3的输入端，第三集成运算放大器LM3的输出端分别 连接第四电容C4的输出端、第十电阻RlO的输入端和调节端，第十电阻RlO的输出端分别连 接第九接地电阻R9的输入端以及第三集成运算放大器LM3的负极，同时第三集成运算放大 器LM3的输出端作为第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至通过第二加速度传感器 P2〇
[0008] 所述第一集成运算放大器、第二集成运算放大器和第三集成运算放大器均选用 LM324集成运算放大器。
[0009] 所述稳压管Wl选用LM317LZ系列三端集成稳压器稳压管。
[0010] 所述第一加速度传感器Pl与第二加速度传感器P2均选用LCOl系列加速度传感器。
[0011] 本实用新型能够实现实时在线对摊铺机熨平板振动器振动频率和振捣器振捣频 率的检测，从而使摊铺机工作在一个高效的压实区域，提高沥青路面的施工质量。该电路中 加速度传感器可以敏感地对速度变化作出反应，高通滤波器可以对摊铺机运行过程中的低 频干扰信号精准的滤掉，而且输出信号经过运算放大器放大稳压之后输出信号不会失真， 低通滤波器可以有效地过滤掉摊铺机工作过程中的高频信号，保证输出的信号是摊铺机熨 平板自身的振动频率，在摊铺机工作过程中，该带通滤波电路可以滤掉和工作频率无关的 干扰信号，同时将输出频率反馈到操作室，便于操作人员操控熨平板的振动频率，有效提高 了摊铺机工作效率，同时本实用新型还具有电路体积小、可靠性高、实现简单，成本低的特 点。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的带通滤波电路图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细说明，需要说明的是本 实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上的等同变换均为本实用 新型的保护范围。
[0014] 如图1所示，该滤波电路中有二极管Dl、电感Ll、稳压管Wl、第一加速度传感器Pl、 运算放大器LM1、由第一电容Cl和第二电阻R2构成的RC高通滤波器以及四阶巴特沃斯低通 滤波器，其中二极管Dl是一个单向导通电子元器件，在本实用新型中通过将其正极与电源 的输出端相连，有效起到防止电源反接的作用，在本实用新型中，电感Ll是通过与二极管负 极相连，能够及时滤掉电源电路中的交流成分，以达到提供恒定电流的目的，其中，稳压管 Wl为三端集成稳压管，其中Vadj端为电压调节端，且稳压管Wl的输出端V。端的电压与Vadj端 的电压差值为恒定值，通过调节其两端之间串联的第一电阻Rl阻值的大小从而达到调节输 出电流的目的，在本实用新型中，不管第一加速度传感器Pl的输出端输出电压如何变化，稳 压管Wl总能为后面的电路提供稳定的电流，以致不至于第一加速度传感器Pl输出端输出电 压太小而使信号越来越弱，第一加速度传感器Pl输出端直接与RC高通滤波电路中第一电容 Cl的输入端相连，在第一电容Cl的输出端不同频率的电压其幅值发生和很大的变化，其中 频率小于VR 1C1的电压幅值远远小于频率大于VR1C1的电压幅值，第一电容Cl的输出端分 别连接第二电阻R2和第一集成运算放大器LMl的正极，通过将第一集成运算放大器LMl的负 极与其输出端相连，达到取出第一电容Cl端电压压值的目的，第一集成运算放大器LMl的输 出端与四阶巴特沃斯低通滤波器的输入端相连，四阶巴特沃斯低通滤波器的输出端通过第 二加速度传感器P2与负载电路相连。
[0015] 其中，四阶巴特沃斯低通滤波器由两个二阶巴特沃斯低通滤波器串联而成，其中 第一二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连接第一集成运算放大器LMl的输出端，第一二阶 巴特沃斯低通滤波器的输出端与第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连接，第二二阶巴 特沃斯低通滤波器的输出端连接至第二加速度传感器P2。
[0016] 其中，第一二阶巴特沃斯低通滤波器包括一端作为输入端的第三电阻R3,第三电 阻R3的调节端连接至第二电容C2的输入端，且第三电阻R3的输出端分别与第四电阻R4和第 二电容C2的输入端连接，第四电阻R4的输出端和调节端均连接至第三接地电容C3和第二集 成运算放大器LM2的输入端，第二集成运算放大器LM2的输出端分别连接第二电容C2的输出 端、第六电阻R6的输入端和调节端，第六电阻R6的输出端分别连接第五接地电阻R5的输入 端以及第二集成运算放大器LM2的负极，同时第二集成运算放大器LM2的输出端作为第一二 阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至作为第二阶巴特沃斯低通滤波器输入端的第七电 阻R7的输入端，第七电阻R7的调节端连接至第四电容C4的输入端，且第七电阻R7的输出端 分别与第八电阻R8和第四电容C4的输入端连接，第八电阻R8的输出端和调节端均连接至第 五接地电容C5和第三集成运算放大器LM3的输入端，第三集成运算放大器LM3的输出端分别 连接第四电容C4的输出端、第十电阻RlO的输入端和调节端，第十电阻RlO的输出端分别连 接第九接地电阻R9的输入端以及第三集成运算放大器LM3的负极，同时第三集成运算放大 器LM3的输出端作为第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至第二加速度传感器P2。 [00 17]本实用新型的优选实施例中，稳压管选用！.2V的LM317LZ系列三端集成稳压管，它 的电压输出范围为1.2V~37V，负载最大电流为1.5A，工作温度范围为-25~125°C，电源电 压最大40V，最小3V，输入电压最大40V，最小4.2V，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简 单形式，又具备输出电压可调的特点，此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波 抑制比高等优点，在本设计中其主要作用是为LCOl系列加速度传感器提供稳定的电流，即 充当恒流源;二极管Dl为了防止电源反接，电感Ll为了滤掉交流电压，确保输入LM317LZ系 列三端集成稳压管的电压为直流电压；
[0018] 加速度传感器Wl选用LCOl系列的加速度传感器，它是内置IC型的加速度传感器， LCOl系列加速度传感器线性度< 1%，横向灵敏度< 5%，输出偏压8~12VDC，恒定电流2~ 20mA，输出阻抗< 150 Ω，激励电压18~30VDC，温度范围-40~+120°C，放电时间常数2 0.2s，LC01系列压电加速度传感器，具有低阻抗输出，抗干扰，噪声小;性能价格比高，安装 方便，尤其适于多点测量;稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体等特点，并且该产品是内 装微型IC-集成电路放大器的压电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放 大器集于一体，能直接与记录和显示仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠 性。
[0019] 本实用新型中涉及到的运算放大器均选用LM324集成运算放大器，其价格低廉，属 于通用型运算放大器，其作用主要是稳定从由第一电容Cl和第二电阻R2组成的RC高通滤波 器输出的电压，同时放大来自第一加速度传感器Pl输出的微电压。
[0020] 以下对本实用新型的工作过程做详细说明，非对本实用新型的限定：
[0021] 参见图1，电源VCC输入24V的直流电压，经过二级管Dl和电感Ll，二级管Dl能有效 防止电源反接，电感Ll能有效滤掉交流电压，确保输入LM317LZ系列三端集成稳压管Wl的电 压为直流电压，然后接LM317LZ系列三端集成稳压管Wl的输入端，同时给稳压管Wl输出端串 联一个300 Ω的电阻Rl，目的在于使输入加速度传感器Pl的电流是稳定的直流电流4mA。为 了能使第一加速度传感器Pl正常工作，必须有一个稳定的直流电压，也称为直流偏压(8~ 12V)，在这个直流偏压的作用下，第一加速度传感器Pl将加速度信号转换为与加速度大小 成正比的电压信号。在第一加速度传感器Pl将加速度信号转换为与加速度成正比的电压信 号后，直流偏压并没有消失，所以在第一加速度传感器Pl之后串联一个第一电容Cl，可以直 接把直流电压隔离，对于低频干扰信号的处理，本实用新型采用了由第一电容Cl和第二电 阻R2组成的RC高通滤波器，在图中，第一运算放大器LMl正极输入端电压山与恒流源输出端 电压Uo之比为：
[0023] 其中：T(jw)是电路输出电压与输入电压的比值，也称为该电路的传递函数或转移 函数，它是一个复数，w为电压角频率，其值为2Jif，f为电压频率。
[0024] I T( jw) I是传递函数T( jw)的幅值，是角频率w的函数，f/Xu) - -arctan(u7?r)是传递 函数T(jw)的辐角，也是w的函数。在本方案中不需要考虑传递函数T(jw)的辐角的变化，只 考虑传递函数T(jw)幅值的变化。因为我们就是通过设计滤波电路，使频率不在我们测量范 围内的一些信号的幅值越来越小，从而达到区分的目的。
[0026] 显然，角频率w越大，I T(jw) I的值越大，即山的值越大。实际应用上，输出电压不能 下降过多。通常规定，当输出电压Uo下降到输入电压山的70.7%，即I T(jw) I下降到0.707
[0027]
时为最低限。当输入电压的角频率w〈l/RC时，|T(jw) I小于0.707,此 时角频率W〈1/RC的输入电压被消除；
[0028]因此，本实施例中的高通滤波截止频率Fh为：
[0030] 即频率小于0.08Hz电压信号不能通过。
[0031]由集成运算放大器的运算法则知:输入端u+点的电压与输入端U-的电压相等，又 因为输入端U-和输出端UO直接相连，所以输出端电压UO等于输入端U+的电压，在这里，第一 集成运算放大器LMl起的是稳定电压的作用。
[0032]对于高频干扰信号的处理，本实用新型采用了典型的四阶巴特沃思低通滤波器， 所谓四阶巴特沃思低通滤波器是由两个二阶的巴特沃思低通滤波器串联而成，所谓二阶巴 特沃斯低通滤波器就是指连续两次取由RC组成的滤波电路R输出端的电压，因为电路电压 经过由RC组成的滤波电路后，在R输出端不同频率的电压其幅值会发生很大变化，其中频率 大于1/RC的电压幅值远远小于频率小于1/RC的电压幅值。
[0033]由图1所示第一次取电阻R输出端的电压是指取第三电阻R3输出端的电压。第三电 阻R3输出端电压1]2与第一集成运算放大器LMl输出端电压UO电压之比为：
[0035]其中幅值变化为：
[0037] 显然，角频率w越小，|T(jw) I的值越大。也就是说经过第三电阻R3之后，电压频率 越大，其幅值越小。
[0038]第二次取电阻R输出端的电压是指取第四电阻R4输出端的电压。第四电阻R4输出 端电压U3与第三电阻R3输出端电压U2之比为：
[0040]其幅值变化为：
[0042]该二阶巴特沃斯低通滤波电路使高频电压幅值变小。摊铺机的振动器的振动可调 频率范围为0~60Hz，振捣器的振捣可调频率范围为0~30Hz，所以通过设定第三电阻R3和 第四电阻R4的值，使二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率为F = 60Hz，把高于60Hz的高频波 滤掉。通过串联第二个二阶巴特沃斯低通滤波器，是为了达到进一步滤除的目的。
[0043]连接第五接地电阻R5和第六电阻R6是为了达到放大电压，不致使信号越来越弱的 目的。由集成运算放大器的运算法则知:第二集成运算放大器输入端u+点的电压与输入端 U-的电压相等，等于第二集成运算放大器LM2 "+"输入端的电压U3，等于 此时通
， 过第五接地电阻R5和第六R6的电流同时为
所以第二集成运算放大器LM2输 出端电压为
【主权项】
1. 用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征在于，包括二极管Dl、 电感LU稳压管W1、第一加速度传感器P1、运算放大器LM1、高通滤波器以及低通滤波器，其 中稳压管Wl为包括输入端、输出端和电压调节端的三端集成稳压管；防止电源反接的二极 管Dl的正极与电源VCC的输出端相连，二极管Dl的负极与电感Ll输入端相连，电感Ll输入端 连接至稳压管Wl的输入端，稳压管Wl的输出端通过第一电阻Rl分别与其电压调节端和第一 加速度传感器Pl的输出端连接，第一加速度传感器Pl输出端连接至高通滤波器的输入端， 高通滤波器的输出端连接第一集成运算放大器LMl的正极，第一集成运算放大器LMl的负极 与其输出端相连，第一集成运算放大器LMl的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波 器的输出端通过第二加速度传感器P2与负载电路相连。2. 如权利要求1所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述高通滤波器采用RC高通滤波器，包括由第一电容Cl和第二接地电阻R2,第一电容 Cl的输入端作为RC高通滤波器的输入端，第一电容Cl的输出端连接第二接地电阻R2，且第 一电容Cl的输出端作为RC高通滤波器的输出端。3. 如权利要求1所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述低通滤波器为四阶巴特沃斯低通滤波器，由两个二阶巴特沃斯低通滤波器串联 而成，其中第一二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连接第一集成运算放大器LMl的输出端， 第一二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端与第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输入端连接，第 二二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至通过第二加速度传感器P2。4. 如权利要求3所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述第一二阶巴特沃斯低通滤波器包括一端作为输入端的第三电阻R3,第三电阻R3 的调节端连接至第二电容C2的输入端，且第三电阻R3的输出端分别与第四电阻R4和第二电 容C2的输入端连接，第四电阻R4的输出端和调节端均连接至第三接地电容C3和第二集成运 算放大器LM2的输入端，第二集成运算放大器LM2的输出端分别连接第二电容C2的输出端、 第六电阻R6的输入端和调节端，第六电阻R6的输出端分别连接第五接地电阻R5的输入端以 及第二集成运算放大器LM2的负极，同时第二集成运算放大器LM2的输出端作为第一二阶巴 特沃斯低通滤波器的输出端连接至作为第二阶巴特沃斯低通滤波器输入端的第七电阻R7 的输入端，第七电阻R7的调节端连接至第四电容C4的输入端，且第七电阻R7的输出端分别 与第八电阻R8和第四电容C4的输入端连接，第八电阻R8的输出端和调节端均连接至第五接 地电容C5和第三集成运算放大器LM3的输入端，第三集成运算放大器LM3的输出端分别连接 第四电容C4的输出端、第十电阻RlO的输入端和调节端，第十电阻RlO的输出端分别连接第 九接地电阻R9的输入端以及第三集成运算放大器LM3的负极，同时第三集成运算放大器LM3 的输出端作为第二二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端连接至通过第二加速度传感器P2。5. 如权利要求4所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述第一集成运算放大器、第二集成运算放大器和第三集成运算放大器均选用LM324 集成运算放大器。6. 如权利要求1所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述稳压管Wl选用LM317LZ系列三端集成稳压器稳压管。7. 如权利要求1所述的用于检测摊铺机振动频率和振捣频率的带通滤波电路，其特征 在于，所述第一加速度传感器Pl与第二加速度传感器P2均选用LCOl系列加速度传感器。
【文档编号】H03H11/04GK205490451SQ201620296918
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】刘洪海, 李壮, 刘兵, 王宇峰, 朱杰尧
【申请人】长安大学