MAX262濾波器在多通道聲發(fā)射監(jiān)測儀中的應(yīng)用

巖體聲發(fā)射是指巖體在外力作用下，其內(nèi)部會存在缺陷或不均質(zhì)部位，首先儲蓄著應(yīng)變能，當(dāng)這種應(yīng)變能儲蓄到一定程度時便以彈性波的形式釋放，并由源點向四周傳播開去的現(xiàn)象。它在很大程度上反映了巖體受力后的活動狀態(tài)，可作為預(yù)測、預(yù)報、評價巖質(zhì)工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要依據(jù)。滑坡破裂面追蹤定位系統(tǒng)的硬件是一個8通道聲發(fā)射監(jiān)測儀，該監(jiān)測儀的主要功能是通過設(shè)置于空間不同部位的傳感器實時檢測并采集滑坡滑動面變形破裂過程中所激發(fā)出的巖體聲發(fā)射波，根據(jù)其首次波到達的時間差來實現(xiàn)對聲發(fā)射源的定位，從而實現(xiàn)滑動面破裂實時追蹤與滑坡預(yù)報，使工作人員能提前有的放矢地加固這些巖土體工程，以預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，減小事故損失。
在聲發(fā)射監(jiān)測過程中，由傳感器所感應(yīng)到的聲發(fā)射信號是多頻率混淆分布的，并且還有一些并不是監(jiān)測所需的頻段信號干擾，因此，必須根據(jù)現(xiàn)場信號抗混淆濾波的需要，對探頭感應(yīng)到的聲發(fā)射信號進行指定截止頻率的高低通濾波處理，從而得到真正有效，有助于滑坡危害分析的聲發(fā)射信號。

1 信號采集器中濾波部分的參數(shù)設(shè)計要求
該聲發(fā)射監(jiān)測儀主要由探頭、信號采集器、收發(fā)器、主機(PC機)及電源組成。每一個通道有1個探頭、1臺信號采集器，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的大小、實際選用電纜的性能及“探頭矩陣法”的分析，選擇使用8個通道來進行聲發(fā)射信號的實時監(jiān)測，將8個通道分布在監(jiān)測區(qū)的不同位置上。
每一個信號采集器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，位于被測對象附近(有些應(yīng)用中直接將其與探頭傳感器整裝在一起)，可獨立完成信號的處理、采集和存儲，其具體的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。采集到的聲發(fā)射模擬信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存儲于暫存器中，由發(fā)送／接收單元以無線通信的方式傳送到PC機。

在信號處理模塊中，要先對由探頭傳送來的聲發(fā)射信號進行濾波處理。在該設(shè)計中，要求使用帶通濾波器，按照低工作電壓、低功耗的原則進行設(shè)計。其中，濾波器的截止頻率要求可以由程序控制，高通和低通濾波的截止頻率各有3檔，數(shù)值如下：高通：100Hz、500 Hz、950 Hz；低通：1050 Hz、2000 Hz、3500 Hz。
由結(jié)構(gòu)示意圖可知，該程控帶通濾波器是由低通濾波器和高通濾波器級聯(lián)而成的。
由于在聲發(fā)射監(jiān)測過程中需要對監(jiān)測到的信號進行不同截止頻率的濾波分析，所以信號處理單元中的帶通濾波器必須滿足多頻段的濾波要求。在以往的設(shè)計中常采用多級選頻電路串聯(lián)或者通過切換RC網(wǎng)絡(luò)的方法來實現(xiàn)多頻段濾波。但由于這些方法需要較多的元器件，且參數(shù)調(diào)整較為困難，因此在聲發(fā)射監(jiān)測儀中選擇使用可程控的開關(guān)電容有源濾波器MAX262來實現(xiàn)多頻段程控帶通濾波。
為了提高監(jiān)測的精確度，必須使系統(tǒng)中的濾波器通帶盡量窄，即在接近通帶的止帶能產(chǎn)生最佳的衰減，并希望濾波器的階數(shù)在滿足前提條件下盡可能小。切比雪夫型濾波器就具有上述特點，能夠滿足系統(tǒng)要求，所以選擇用切比雪夫響應(yīng)進行程控帶通濾波器的設(shè)計。

2 多頻段切比雪夫型帶通濾波器
2．1 MAX262簡介
MAX262作為MAXIM公司推出的雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器，其中心頻率范圍為1．0 Hz～140 kHz，輸入時鐘最大為4 MHz，可以通過微處理器精確控制濾波器的傳遞函數(shù)，利用對中心頻率和品質(zhì)因數(shù)的編程設(shè)置，實現(xiàn)64級中心頻率、128級品質(zhì)因數(shù)的智能控制，并且可以通過附帶的濾波器設(shè)計軟件，任意改善濾波特性。其工作原理圖如圖2所示。與此同時，硬件電路采用CMOS工藝制造完成，無需外部元件即可構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波及全通濾波器。

MAX262內(nèi)部有2個二階濾波器A和B，它們可以單獨使用，也可級聯(lián)成四階濾波器使用。每個濾波器組件都有其各自的輸入時鐘fCLK、獨立的中心頻率fO和品質(zhì)因數(shù)Q。實際濾波器的中心頻率fO由濾波器的輸入時鐘頻率fCLK、6位中心頻率控制字(F0～F5)和工作方式(M0，M1)三者共同確定。每個組件的品質(zhì)因數(shù)Q是由7位控制字(Q0～Q6)獨立設(shè)置的。外部時鐘分別從引腳CLKA、CLKB引入，對外部時鐘無占空比要求。但需要注意的是，在MAX262濾波器的內(nèi)部，其采樣速率是輸入(CLKA或CLKB)的一半。