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信号调理模块在多通道信号采集技术中的应用

一、引言

        近几年来随着物联网、智慧城市、清洁能源等行业的兴起以及制造行业自动化升级的需求,自动化、信息化的产品展现出了巨大的市场潜力。多通道信号采集技术被广泛应用于上述行业,作为控制系统的“千里眼”和“顺风耳”。

        以工业自动化控制系统为例,控制系统需要通过多路的信号采集来对现场设备的运行状态进行判断和控制,这些参数包括设备的各种运行数据,如工作电压、电流、压力、振动、转速等运行数据以及关键部件温湿度等各类环境参数。

        但在实际的工业现场中,伴随着大量设备的运行,还会产生许多有害的干扰。主要是浪涌、群脉冲以及一些高频的电磁信号。这些干扰信号通过现场设备上的传感器耦合到控制系统,会对现场的信号采集产生严重干扰,轻则影响采样精度,造成错误报警,严重的话会直接损坏控制系统。


二、该如何消除干扰信号对控制系统的影响?       

        要消除干扰信号对控制系统的影响,通常用以下的方法改善:

        1、首先是要保证传感器到控制系统的物理隔离,阻断干扰信号到控制系统的耦合路径,其常用的方法是通过信号隔离模块来实现传感器到控制系统的物理隔离;

配图750.jpg

        2、其次是对现场干扰源的处理,通过排查确定干扰源,一般一些大能量设备的开关导致的dV/dt或者dI/dt,进而造成电磁干扰,设法对干扰源进行处理,其实对现场设备而言难度是较大的;

        3、最后也可以通过滤波的方式使干扰信号的大部分能量不经过控制系统,同样可以改善系统的抗干扰特性。


三、多通道信号采集中信号隔离方案

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图 1  多通道信号采集中信号隔离方案框图


        应用解决方案如图1所示,是在多通道信号采集中较为经济且可靠的一种信号隔离的方法。控制系统中的MCU通过多路选择开关4052对现场各传感器采集的电信号进行选择选通,然后通过信号隔离模块进行电压/电流信号的隔离传输,然后再由ADC进行采样,转换为数字信号。多路选择开关4052的选通信号通过光耦OP1、OP2来实现,4052以及光耦驱动均通过信号隔离模块进行供电,无需再单独设计隔离电源。

图片2.jpg

        其中信号隔离模块采用的是TE_T/TN_T,它是金升阳科技所开发的电压信号调理模块系列,具有高集成度、高精度、高可靠性、小体积以及表贴封装等特点。因为集成了信号处理、信号隔离以及电源隔离功能,可以使用户在进行电路设计时更为方便,减少了设计、调试的问题。信号输入以及输出满足2000VAC的电气隔离电压,可以轻松应对大部分的工控应用领域,pF级的隔离电容可以有效阻断干扰信号的能力传递。此外具有极低的线性误差0.04%typ以及极低纹波噪声20mVtyp,其21*14.5*6.4mm的小体积表贴式封装可以满足客户的SMT工艺。广泛应用于高精度信号隔离处理的应用领域、尤其是煤矿、电力、风电等领域。


四、小结

        多通道信号采集技术应用广泛,金升阳结合自身技术平台优势和自主创新能力,针对其信号干扰问题提供完整电源解决方案,提升系统的稳定性、安全性、可靠性。




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