机械滤波器

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:12:07 #模拟电路,电机械工程,电子设计,线性滤波器,力学,声音储存技术

机械滤波器是由机械组成,在射频中取代电子滤波器的滤波器 。其目的和电子滤波器相同,让特定频率范围的讯号可以通过,屏蔽其他频率的讯号。机械滤波器的运作原理是由机械振动为主,类似电的讯号。在机械滤波器的输入端和输出器,会有换能器分别将电的讯号转换为机械讯号,再将机械讯号转换回电的讯号。

机械滤波器的元件可以对似电子滤波器中的各元件。机械元件有其机械的功能,都和其对应的电子元件一致。因此可以将电子电路分析以及滤波器设计的方法直接用在机械滤波器上。电子理论已经有许多数学型式的数据库,有助于产生理想滤波器,因此机械滤波器的设计者可以直接采用。只需要有特定参数值的机械元件,就可以制作和电子滤波器有相同性能的机械滤波器。

合金钢和铁镍合金(英语:iron–nickel alloy)是常见的机械滤波器材料,有时在输入及输出的耦合部分会使用镍。利用这些材料的共振器在组装之前需要进行精密的加工,以调整其共振频率。

此条目中的“机械滤波器”是指用在电动机械学中的机械设备,不过也可以用机械设计的方式来滤除机器振动或是音波。例如在扬声器箱(英语:loudspeaker enclosure)设计时,声音频率响应的滤波可以透过机械元件设计来达成。在电子应用中,除了有对应电气元件的机械元件外,也需要传感器在机械及电子系统之间进行转换。

机械滤波器的理论最是应用在1920年代留声机机械元件中。在1950年代机械滤波器设计成有良好包装的元件,可以应用在在无线电发射器以及高端接收器中。机械滤波器可以产生的高品质因子,较全电子RLC电路的品质因子要高很多,因此可以用机械滤波器达到非常好的选择性(英语:selectivity (electronic))。良好的选择性在无线器接收器中非常重要,因此许多会使用机械滤波器。当代的研究者在设计微机电滤波器,是对应电子集成电路的机械设备。

被动线性电路中的元件有电感元件、电容器及电阻器,分别具有电感, elastance(电容的倒数)及电阻的特性。在力学系统中也有对应的特性,分别是质量、刚度及阻尼。大部分的电子滤波器设计中,滤波器的主体只由电感元件和电容器组成(不过在输入端及输出端可能会加上电阻器)。由理想元件组成的理想滤波器中,一般不会有电阻器,多半是在实际滤波器设计时,电阻才会以寄生元件的形式出现。同様的,理想的机械滤波器中只会有质量和刚度,但实际的机械滤波器中会有阻尼出现。

在此分析中,力学系统中对应电压及电流的物理量是力()和速度(),这些也就是输入或是输出的信号。因此类似电子系统,可以定义机械阻抗(英语:mechanical impedance),形式为虚部的角频率。

注:

上表中的架构称为阻抗类比(英语:impedance analogy)。以此类比方式产生的机械系统其机械阻抗会对应电子电路的阻抗,因此在电子工程的观点较为直观。也有另外一种类比称为流动性类比(英语:mobility analogy),其中将力对应为电流,速度对应为电压。此方法也可行,可是对应到不同的电机物理量。 → 、 → 1/、 → ,其中为电导,电阻的倒数。所产生的电路相近,但因为对偶阻抗(英语:dual impedance)的关系,原来并联会变成串联,电容会变成电感……。利用流动性类比的电路较符合机械系统的拓扑,因此对于机械工程师较直观,除了机电系统的应用外,上述类似也用在声学的分析上。

每个机械元件都会有质量和刚度,对应到电子系统即为LC电路。因此机械元件本身就是共振器,也常常这样使用。也可以在机械系统实现时将电感及电容表示为独立的集总元件,以减少(但无法完全消除)不想要的特性。电容器可以用细长杆来实现,让质量最小,而柔度最大。电感也可以用短而截面积大的元件来实现,让质量最大,而柔度减到最小。

在机械振动时,机械元件的动作类似传输线模型。若波长比元件短很多,则不适合用集总电路来描述系统,需要用分布元件模型(英语:distributed element model)来描述。机械的分布元件和电子的分布元件类似,因此机械工程师可以用电子分布元件滤波器(英语:distributed element filter)的方式进行设计。

相关

  • 职场霸凌职场欺凌,又称职场暴力,泛指在工作场所里,个人或团体对于同事或是下属进行不合理的欺凌行为。包含言语、非言语、身体、心理上的虐待或羞辱。这种形式的攻击行为不同于在学校里
  • 政府官制官制于东亚之定义,即是将帝王之下,人民之上的统治者分阶级,分高低的予以归类。简言之,也就是东亚古代公务员的头衔、功能、职称或组织名称。一般来说,中国传说时代即有官制之称,公
  • 飞兆半导体飞兆半导体公司(英语:),俗称“仙童半导体”,是美国的一家半导体设计与制造公司,目前总部设在桑尼维尔。曾经开发了世界上第一款商用集成电路(略微领先于德州仪器公司)。当前半导体行
  • 承德市承德市市标承德市,简称承,旧称热河,是中华人民共和国河北省下辖的地级市,位于河北省东北部。市境南邻天津市、唐山市、秦皇岛市,东接辽宁省朝阳市,东北与内蒙古自治区赤峰市毗邻,
  • 氢的自旋异构体正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体,这种异构现象是由于两个氢原子的核自旋有两种可能的偶合而引起的。正氢中两个核的自旋是平行的,仲氢中两个核的自旋则是反平行的。因此正
  • 黑风姥姥《黑风姥姥》(英语:Sky Witch)是《探险时光》第五季第二十九集的名称。在卡通频道2013年7月29日播出。在这一集里,玛瑟琳找泡泡糖公主的帮助,以便跟踪黑风姥姥,玛瑟琳的前男友艾许
  • 于同隐于同隐(1917年9月6日-2017年2月6日),中华人民共和国化学家。1917年出生于江苏无锡。1938年毕业于浙江大学。1951年获美国密歇根大学博士。回国后历任浙江大学教授,复旦大学高分子
  • 但丁 (消歧义)但丁可以指:但丁兽(ダンテモン)配音:小山力也(日本)七代码合体应用兽。)
  • 丛震丛震(1997年2月9日-)是一名中国足球运动员,目前被中国超级联赛球队上海申花队租借至武汉卓尔。 丛震于2014年加入中国足球协会乙级联赛球队大连超越,开始了他的职业生涯。2015年4
  • 石田翠石田翠(1986年12月28日-)是一位男性日本漫画家。出生于福冈県,代表作品为“东京喰种”。