机械滤波器

机械滤波器是一种信号处理滤波器，通常用来代替无线电频率的电子滤波器。其目的与普通电子滤波器相同：通过一定范围的信号频率，但阻断其他频率。滤波器作用于机械振动，机械振动是电信号的模拟物。在滤波器的输入和输出端，传感器将电信号转换成这些机械振动，然后又从这些机械振动中返回。

机械滤波器的组件都直接类似于电路中的各种元素。机械元件所服从的数学函数与相应的电气元件完全相同。这使我们有可能将电网络分析和滤波器设计方法应用于机械滤波器。电学理论已经开发了大量的数学形式库，可以产生有用的滤波器频率响应，机械滤波器设计者能够直接使用这些数学形式。只需要将机械部件设置为适当的值，就可以产生一个与电气对应物相同响应的滤波器。

钢合金和铁镍合金是机械滤波器部件的常见材料；镍有时用于输入和输出联接。用这些材料制成的滤波器中的谐振器需要在最后组装前进行加工，以精确调整其谐振频率。

虽然本文中机械滤波器的含义是指用于机电作用的滤波器，但也可以用机械设计直接过滤机械振动或声波（本质上也是机械的）。例如，在扬声器箱体的设计中，对音频频率响应的过滤可以用机械部件实现。在电气应用中，除了与电气对应的机械部件外，还需要换能器在机械和电气领域之间转换。本文介绍了机械滤波器的各种元件形式和拓扑结构的代表性选择。

机械滤波器的理论在20世纪20年代首次被应用于改进留声机的机械部件。到了20世纪50年代，机械滤波器被制造成独立的部件，应用于无线电发射器和高端接收机。机械谐振器可以达到的高品质因数Q，远远高于全电子LC电路的品质因数，使得制造具有优良选择性的机械滤波器成为可能。良好的选择性在无线电接收机中非常重要，因此这种滤波器非常有吸引力。当代研究人员正在研究微电子机械滤波器，即与电子集成电路相对应的机械装置。

无源线性电网络的元件包括电感、电容和电阻，它们分别具有电感、弹性（反电容）和电阻的特性。这些特性的机械对应物分别是质量、刚度和阻尼。在大多数电子滤波器的设计中，只有电感和电容元素被用于滤波器的主体（尽管滤波器可能在输入和输出端使用电阻）。电阻不存在于由理想元件组成的理论上的滤波器中，只在实际设计中作为不需要的寄生元件出现。同样，一个机械滤波器最 好只由具有质量和刚度特性的元件组成，但在现实中也存在一些阻尼。

在这种类型的分析中，电压和电流的机械对应物分别是力（F）和速度（v），代表信号波形。由此，机械阻抗可以用虚角频率jω来定义，这完全是按照电学类比的方法。

注：

• 符号x、t和a分别代表它们的常规量；距离、时间和加速度。
• 机械量顺应性是刚度的倒数，可以用它来代替刚度，以便与电容有更直接的对应关系，但表中的刚度是作为更熟悉的量使用。使用这种类比产生的电路图与电路所看到的机械系统的电阻抗相匹配，从电气工程的角度来看，它是直观的。还有一种移动性类比，即力与电流相对应，速度与电压相对应。这也有同样有效的结果，但需要使用上面列出的电气对应物的倒数。因此，M→C，S→1/L，D→G，其中G是电导率，是电阻的倒数。这个方案产生的等效电路是s