某测试设备故障监测系统的设计

　　电压测量模块的设计

　　分压电路的设计

　　经分析总结发现：当测试设备工作时，通过检测其64路电压信号可全面监测到各功能模块的电压和电阻状态参数，其中电阻阻值的测量原理上仍然是测量电压。一个标准电压U0先经过一个已知电阻R0，再串联到被测电阻Rx上，因此只需测出电阻Rx上的电压Ux，由欧姆定律可知：

　　故被测电阻Rx的值为：

　　其中U0、R0为已知，Ux为被测电压，故由式(2)很容易算出Rx的值。

　　由于DIAMOND-MM-AT对电压信号输入范围要求为-10V~+10V，而测试设备电压信号的范围为0~170V，为保证A/D转换器正常工作，需将不同幅值的输入电压信号调整到0~10V范围内，因此需将大于10V的电压信号进行衰减。要实现电压衰减通常要用到电阻分压网络。分压电路的电压衰减量为输出电压Ui′与输入电压Ui之比，设R2C2的并联阻抗为Z2，R1C1的并联阻抗为Z1，当衰减器元件参数满足R1C1= R2C2的关系时，分布电容的影响就可不予考虑，此时衰减器的分压比为：

　　输入到A/D转换器的电压值为：

　　为减小对被测信号的影响，R2和R1通常取值较大，而A/D的输入阻抗Ri的值并非无穷大，所以实际输入到A/D转换器的电压为：

　　由式(5)和式(6)可知，如果A/D的输入阻抗值Ri和R2接近，将会给测量结果带来较大误差。解决的方法是在分压网络与A/D转换器之间加一个电压跟随器，由于电压跟随器的输入阻抗很大，Ri近似于无穷，因此，Ri对测量结果的影响可忽略不计，改进的分压网络电路如图3所示。

　　设计中为了减小因电阻分压带来的误差，电路中的分压电阻统一采用精度为1%的金属膜电阻。跟随器隔离之后，采样电路对原始信号的影响降低到了最低程度。

　　电压信号的隔离

　　考虑到电压信号要求测量其幅值，因此不能采用隔离开关信号的方式来实现电压信号的隔离，本系统采用了美国AD公司生产的高速耦合隔离放大器AD215芯片来实现电压信号的线性隔离。设计中AD215主要是用来实现信号隔离，因此其放大倍数设为1:1。