用于可靠工業(yè)測量的隔離技術及不同方式的實現(xiàn)
在理想的隔離放大器中,模擬輸出信號應該與模擬輸入信號一致。圖7中標有“隔離”的部分采用了上文討論的技術(光電、電容、電感耦合),使信號通過隔離阻障。模塊化電路已為信號提供了隔離電路。對于光電方式,需要將信號數(shù)字化或轉換為不同的光強度。對于電容及電感方式,需要將信號轉換為不同的電場或磁場。解調電路讀取隔離電路的輸出,并將其轉換回原始模擬信號。
由于模擬隔離位于信號數(shù)字化之前,對于已有的無隔離數(shù)據(jù)采集設備,采用外部信號調理是最佳方案。此時,由數(shù)據(jù)采集設備來完成模數(shù)轉換,而由外部電路提供隔離。結合數(shù)據(jù)采集設備與外部信號調理,測量系統(tǒng)供應商能開發(fā)出多用途的數(shù)據(jù)采集設備及傳感器專用信號調理。圖8中采用隔離放大器設計靈活的信號調理,實現(xiàn)模擬隔離。將隔離置于模擬前端的另一個優(yōu)點是能夠保護ADC及其它模擬電路免受電壓尖峰影響。
圖8.隔離放大器用于靈活的信號調理硬件
市面上有多款使用通用數(shù)據(jù)采集設備與外部信號調理的測量產(chǎn)品,如NI M系列的幾款非隔離型通用多用途數(shù)據(jù)采集設備,可提供高性能的模擬I/O及數(shù)字I/O。對于需要隔離的應用,您可以選用帶外部信號調理的M系列設備,如美國國家儀器公司的SCXI或SCC模塊。這些信號調理平臺提供隔離及專用信號調理功能,可直接與負載單元、應力規(guī)、pH傳感器等工業(yè)傳感器連接。
數(shù)字隔離
ADC是模擬輸入數(shù)據(jù)采集設備的關鍵器件之一。為了獲得最佳的性能,ADC的輸入信號應盡量與原始模擬信號一致。模擬隔離可能在信號傳輸?shù)紸DC的過程中引入增益、非線性、及偏移等誤差。ADC離信號源越近,性能就越好。由于模擬隔離器件價格昂貴且調整時間長,在過去,盡管數(shù)字隔離性能更好,但是為了保護昂貴的ADC,不得不選擇模擬隔離。隨著ADC價格不斷降低,測量設備的供應商正從對ADC的保護轉而追求數(shù)字隔離器以實現(xiàn)更好的性能及更低的成本,如圖9所示。
圖9. 16位模數(shù)轉換器價格不斷降低
圖片來源:美國國家儀器公司和ADC主要供應商
評論