信號(hào)調(diào)理模塊在多通道信號(hào)采集技術(shù)中的應(yīng)用
-
2020-06-04
-
1344
一、引言
近幾年來隨著物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、清潔能源等行業(yè)的興起以及制造行業(yè)自動(dòng)化升級(jí)的需求，自動(dòng)化、信息化的產(chǎn)品展現(xiàn)出了巨大的市場(chǎng)潛力。多通道信號(hào)采集技術(shù)被廣泛應(yīng)用于上述行業(yè)，作為控制系統(tǒng)的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。
以工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)為例，控制系統(tǒng)需要通過多路的信號(hào)采集來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷和控制，這些參數(shù)包括設(shè)備的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如工作電壓、電流、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等運(yùn)行數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵部件溫濕度等各類環(huán)境參數(shù)。
但在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，伴隨著大量設(shè)備的運(yùn)行，還會(huì)產(chǎn)生許多有害的干擾。主要是浪涌、群脈沖以及一些高頻的電磁信號(hào)。這些干擾信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的傳感器耦合到控制系統(tǒng)，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，輕則影響采樣精度，造成錯(cuò)誤報(bào)警，嚴(yán)重的話會(huì)直接損壞控制系統(tǒng)。
二、該如何消除干擾信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)的影響？
要消除干擾信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，通常用以下的方法改善：
1、首先是要保證傳感器到控制系統(tǒng)的物理隔離，阻斷干擾信號(hào)到控制系統(tǒng)的耦合路徑，其常用的方法是通過信號(hào)隔離模塊來實(shí)現(xiàn)傳感器到控制系統(tǒng)的物理隔離；
2、其次是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾源的處理，通過排查確定干擾源，一般一些大能量設(shè)備的開關(guān)導(dǎo)致的dV/dt或者dI/dt，進(jìn)而造成電磁干擾，設(shè)法對(duì)干擾源進(jìn)行處理，其實(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備而言難度是較大的；
3、最后也可以通過濾波的方式使干擾信號(hào)的大部分能量不經(jīng)過控制系統(tǒng)，同樣可以改善系統(tǒng)的抗干擾特性。
三、多通道信號(hào)采集中信號(hào)隔離方案
圖 1 多通道信號(hào)采集中信號(hào)隔離方案框圖
應(yīng)用解決方案如圖1所示，是在多通道信號(hào)采集中較為經(jīng)濟(jì)且可靠的一種信號(hào)隔離的方法。控制系統(tǒng)中的MCU通過多路選擇開關(guān)4052對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各傳感器采集的電信號(hào)進(jìn)行選擇選通，然后通過信號(hào)隔離模塊進(jìn)行電壓/電流信號(hào)的隔離傳輸，然后再由ADC進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。多路選擇開關(guān)4052的選通信號(hào)通過光耦OP1、OP2來實(shí)現(xiàn)，4052以及光耦驅(qū)動(dòng)均通過信號(hào)隔離模塊進(jìn)行供電，無需再單獨(dú)設(shè)計(jì)隔離電源。
其中信號(hào)隔離模塊采用的是TE_T/TN_T，它是金升陽科技所開發(fā)的電壓信號(hào)調(diào)理模塊系列，具有高集成度、高精度、高可靠性、小體積以及表貼封裝等特點(diǎn)。因?yàn)榧闪诵盘?hào)處理、信號(hào)隔離以及電源隔離功能，可以使用戶在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)更為方便，減少了設(shè)計(jì)、調(diào)試的問題。信號(hào)輸入以及輸出滿足2000VAC的電氣隔離電壓，可以輕松應(yīng)對(duì)大部分的工控應(yīng)用領(lǐng)域，pF級(jí)的隔離電容可以有效阻斷干擾信號(hào)的能力傳遞。此外具有極低的線性誤差0.04%typ以及極低紋波噪聲20mVtyp，其21*14.5*6.4mm的小體積表貼式封裝可以滿足客戶的SMT工藝。廣泛應(yīng)用于高精度信號(hào)隔離處理的應(yīng)用領(lǐng)域、尤其是煤礦、電力、風(fēng)電等領(lǐng)域。
四、小結(jié)
多通道信號(hào)采集技術(shù)應(yīng)用廣泛，金升陽結(jié)合自身技術(shù)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)和自主創(chuàng)新能力，針對(duì)其信號(hào)干擾問題提供完整電源解決方案，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
