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用于可靠工业测量的隔离技术及不同方式的实现

作者: 时间:2010-04-14 来源:网络 收藏

  在理想的隔离放大器中,模拟输出信号应该与模拟输入信号一致。图7中标有“隔离”的部分采用了上文讨论的技术(光电、电容、电感耦合),使信号通过隔离阻障。模块化电路已为信号提供了隔离电路。对于光电方式,需要将信号数字化或转换为不同的光强度。对于电容及电感方式,需要将信号转换为不同的电场或磁场。解调电路读取隔离电路的输出,并将其转换回原始模拟信号。

  由于模拟隔离位于信号数字化之前,对于已有的无隔离数据采集设备,采用外部信号调理是最佳方案。此时,由数据采集设备来完成模数转换,而由外部电路提供隔离。结合数据采集设备与外部信号调理,测量系统供应商能开发出多用途的数据采集设备及传感器专用信号调理。图8中采用隔离放大器设计灵活的信号调理,实现模拟隔离。将隔离置于模拟前端的另一个优点是能够保护ADC及其它模拟电路免受电压尖峰影响。

  图8.隔离放大器用于灵活的信号调理硬件

  市面上有多款使用通用数据采集设备与外部信号调理的测量产品,如 M系列的几款非隔离型通用多用途数据采集设备,可提供高性能的模拟I/O及数字I/O。对于需要隔离的应用,您可以选用带外部信号调理的M系列设备,如美国国家仪器公司的SCXI或SCC模块。这些信号调理平台提供隔离及专用信号调理功能,可直接与负载单元、应力规、pH传感器等工业传感器连接。

  数字隔离

  ADC是模拟输入数据采集设备的关键器件之一。为了获得最佳的性能,ADC的输入信号应尽量与原始模拟信号一致。模拟隔离可能在信号传输到ADC的过程中引入增益、非线性、及偏移等误差。ADC离信号源越近,性能就越好。由于模拟隔离器件价格昂贵且调整时间长,在过去,尽管数字隔离性能更好,但是为了保护昂贵的ADC,不得不选择模拟隔离。随着ADC价格不断降低,测量设备的供应商正从对ADC的保护转而追求数字隔离器以实现更好的性能及更低的成本,如图9所示。

  图9. 16位模数转换器价格不断降低

  图片来源:美国国家仪器公司和ADC主要供应商



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