MAX262滤波器在多通道声发射监测仪中的应用

岩体声发射是指岩体在外力作用下，其内部会存在缺陷或不均质部位，首先储蓄着应变能，当这种应变能储蓄到一定程度时便以弹性波的形式释放，并由源点向四周传播开去的现象。它在很大程度上反映了岩体受力后的活动状态，可作为预测、预报、评价岩质工程结构稳定性的重要依据。滑坡破裂面追踪定位系统的硬件是一个8通道声发射监测仪，该监测仪的主要功能是通过设置于空间不同部位的传感器实时检测并采集滑坡滑动面变形破裂过程中所激发出的岩体声发射波，根据其首次波到达的时间差来实现对声发射源的定位，从而实现滑动面破裂实时追踪与滑坡预报，使工作人员能提前有的放矢地加固这些岩土体工程，以预防灾害的发生，减小事故损失。
在声发射监测过程中，由传感器所感应到的声发射信号是多频率混淆分布的，并且还有一些并不是监测所需的频段信号干扰，因此，必须根据现场信号抗混淆滤波的需要，对探头感应到的声发射信号进行指定截止频率的高低通滤波处理，从而得到真正有效，有助于滑坡危害分析的声发射信号。

1 信号采集器中滤波部分的参数设计要求
该声发射监测仪主要由探头、信号采集器、收发器、主机(PC机)及电源组成。每一个通道有1个探头、1台信号采集器，根据监测区域的大小、实际选用电缆的性能及“探头矩阵法”的分析，选择使用8个通道来进行声发射信号的实时监测，将8个通道分布在监测区的不同位置上。
每一个信号采集器的结构相当于一个独立的数据采集系统，位于被测对象附近(有些应用中直接将其与探头传感器整装在一起)，可独立完成信号的处理、采集和存储，其具体的结构示意图见图1。采集到的声发射模拟信号经A／D转换器转换成数字信号，存储于暂存器中，由发送／接收单元以无线通信的方式传送到PC机。

在信号处理模块中，要先对由探头传送来的声发射信号进行滤波处理。在该设计中，要求使用带通滤波器，按照低工作电压、低功耗的原则进行设计。其中，滤波器的截止频率要求可以由程序控制，高通和低通滤波的截止频率各有3档，数值如下：高通：100Hz、500 Hz、950 Hz；低通：1050 Hz、2000 Hz、3500 Hz。
由结构示意图可知，该程控带通滤波器是由低通滤波器和高通滤波器级联而成的。
由于在声发射监测过程中需要对监测到的信号进行不同截止频率的滤波分析，所以信号处理单元中的带通滤波器必须满足多频段的滤波要求。在以往的设计中常采用多级选频电路串联或者通过切换RC网络的方法来实现多频段滤波。但由于这些方法需要较多的元器件，且参数调整较为困难，因此在声发射监测仪中选择使用可程控的开关电容有源滤波器MAX262来实现多频段程控带通滤波。
为了提高监测的精确度，必须使系统中的滤波器通带尽量窄，即在接近通带的止带能产生最佳的衰减，并希望滤波器的阶数在满足前提条件下尽可能小。切比雪夫型滤波器就具有上述特点，能够满足系统要求，所以选择用切比雪夫响应进行程控带通滤波器的设计。

2 多频段切比雪夫型带通滤波器
2．1 MAX262简介
MAX262作为MAXIM公司推出的双二阶通用开关电容有源滤波器，其中心频率范围为1．0 Hz～140 kHz，输入时钟最大为4 MHz，可以通过微处理器精确控制滤波器的传递函数，利用对中心频率和品质因数的编程设置，实现64级中心频率、128级品质因数的智能控制，并且可以通过附带的滤波器设计软件，任意改善滤波特性。其工作原理图如图2所示。与此同时，硬件电路采用CMOS工艺制造完成，无需外部元件即可构成各种带通、低通、高通、陷波及全通滤波器。

MAX262内部有2个二阶滤波器A和B，它们可以单独使用，也可级联成四阶滤波器使用。每个滤波器组件都有其各自的输入时钟fCLK、独立的中心频率fO和品质因数Q。实际滤波器的中心频率fO由滤波器的输入时钟频率fCLK、6位中心频率控制字(F0～F5)和工作方式(M0，M1)三者共同确定。每个组件的品质因数Q是由7位控制字(Q0～Q6)独立设置的。外部时钟分别从引脚CLKA、CLKB引入，对外部时钟无占空比要求。但需要注意的是，在MAX262滤波器的内部，其采样速率是输入(CLKA或CLKB)的一半。