CN104482945B - 一种传感器过电压保护和信号调理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器过电压保护和信号调理系统，包括过电压保护模块和信号调理模块，过电压保护模块包括依次连接的一级限压保护单元、限流保护单元和二级限压保护单元，传感器的输出端连接一级限压保护单元的输入端，信号调理模块包括依次连接的高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路，二级限压保护单元的输出端连接高通滤波电路的输入端，低通滤波电路用于隔离高频电磁干扰，跟随电路用于增加输入阻抗，信号放大电路用于匹配后续模块的输入电平。本发明既能防止过电压对后续模块的损害；又能对传感器输出信号进行调理，滤除了信号中的杂质，提高了输出信号的质量，满足了对信号品质的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器过电压保护和信号调理系统，属于传感器信号的传输领域。
背景技术
用于风力发电机组监测系统的传感器由于工作环境的复杂性，在日常工作中，难免遇到各种各样的环境危害，比如说雷击和大风等自然灾害的影响，这样对传感器的采集信号就会造成很大的影响，尤其是电磁噪声和过电压对传感器信号的影响，但是目前对传感器信号的安全和优化处理还不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器过电压保护和信号调理系统，用以解决对传感器信号的安全和优化处理还不能满足要求的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种传感器过电压保护和信号调理系统，该系统包括过电压保护模块和信号调理模块，过电压保护模块包括依次连接的一级限压保护单元、限流保护单元和二级限压保护单元，传感器的输出端连接一级限压保护单元的输入端，信号调理模块包括依次连接的高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路，二级限压保护单元的输出端连接所述高通滤波电路的输入端，低通滤波电路用于隔离高频电磁干扰，跟随电路用于增加输入阻抗，信号放大电路用于匹配后续模块的输入电平。
一级限压保护单元为并接在传感器输出回路上的气体放电管，二级限压保护单元为并接在传感器输出回路上的两个稳压管，稳压管串联，稳压管的中间接点接地，一级限压保护单元和二级限压保护单元之间串接有用于限流的限流电阻。
高通滤波电路由串接在传感器输出回路上的高通滤波电感和高通滤波电容组成。
低通滤波电路包括低通滤波电容和放大器，放大器的同相输入端连接低通滤波电容。
本发明提供一种有效的优化传感器输出信号的系统，首先传感器输出信号依次通过一级限压、限流和二级限压后，能够对后续的模块，比如说：后端ADC及CPU，进行安全保护，防止过电压对后续模块的损害；然后依次通过高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路对传感器输出信号进行调理，滤除了信号中的杂质，提高了输出信号的质量，满足了对信号品质的要求。
附图说明
图1是本发明实施方式总体结构框图；
图2是一级限压保护单元、限流单元、二级限压保护单元和高通滤波电路的组合电路图；
图3是低通滤波电路图；
图4是电压跟随电路图；
图5是信号放大电路图；
图6为传感器供电电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种传感器过电压保护和信号调理系统，包括过电压保护模块和信号调理模块，过电压保护模块包括依次连接的一级限压保护单元、限流保护单元和二级限压保护单元，传感器的输出端连接一级限压保护单元的输入端，信号调理模块包括依次连接的高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路，二级限压保护单元的输出端连接高通滤波电路的输入端，低通滤波电路用于隔离高频电磁干扰，跟随电路用于增加输入阻抗，信号放大电路用于匹配后续模块的输入电平。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
在风力发电机组监测系统中，所用的传感器由于工作环境的复杂性，在日常工作中，难免遇到各种各样的环境危害，比如说雷击和大风等自然灾害的影响，这样对传感器的采集信号就会造成很大的影响，尤其是电磁噪声和过电压对传感器信号的影响，为了有效防止上述不利影响，本发明提供一种传感器过电压保护和信号调理系统。当然，本发明不限于应用在上述风力发电机组监测系统中，也适用于其他系统中。
如图1所示，该传感器过电压保护和信号调理系统包括过电压保护模块和信号调理模块，过电压保护模块包括一级限压保护电路、限流保护电路和二级限压保护电路，信号调理模块包括高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路。
一级限压保护电路的输入端连接至传感器，输出端连接至限流保护电路的输入端，限流保护电路的输出端连接至二级限压保护电路的输入端，二级限压保护电路的输出端连接至高通滤波电路输入端，高通滤波电路的输出端连接至低通滤波电路输入端，低通滤波电路的输出端连接至电压跟随电路的输入端，电压跟随电路的输出端连接至信号放大电路的输入端，信号放大电路输出端连接至后端ADC的输入端。
一级限压保护电路主要用于限制高于75V的电压脉冲，限流保护电路主要用于阻断高于10A的电流，二级限压保护电路主要用于辅助一级限压电路进行防护作用，高通滤波电路主要用于隔离传感器输出的10V～12V的直流电压信号，低通滤波电路主要用于隔离高频电磁干扰，电压跟随电路用于增加输入阻抗，提高带载能力，信号放大电路主要用于匹配ADC的输入电平。
如图2所示，一级限压保护电路为并接在传感器输出回路上的一级限压模块G23，限流保护电路由限流模块PTC1和PTC15组成，二级限压保护电路由并接在传感器输出回路上的二级限压模块D1和D63组成，高通滤波电路由去除高频电磁干扰模块L1和L48和高通滤波模块C49组成。
一级限压模块G23具体为气体放电管；限流保护模块PTC1和PTC15为2个限流电阻；二级限压保护模块D1和D63为2个串联的稳压管；去除高频电磁干扰模块L1和L48为2个高通滤波电感，高通滤波模块C49为高通滤波电容，该电感和电容串接在输出回路上。
如图3所示，低通滤波电路包括电容C960和放大器U94A，放大器的同相输入端连接电容C960。
如图4所示，电压跟随电路由放大器U94B和外围的元器件组成，可以有效的增加输入阻抗，提高带负载能力。
如图5所示，信号放大电路由放大器U11和外围的元器件组成，具体放大倍数由R43、R55与R45、R53的大小决定。
如图6所示为传感器供电电路，U1为恒流源器件，R1和R2为分压电阻，D13为调温二极管。传感器供电电路通过输出4mA恒流来激励传感器进行工作。传感器由传感器供电电路供给工作电压，供电线路和信号输出线路属于同一根，供电电路通过信号输出线路反向给传感器一个电流，传感器才能输出相应的电压。所以，供电电路的输出端只要接在传感器的信号输出线路上就可以，例如：因为高通滤波器的输入端的线路和传感器信号输出线路属于同一根线路，所以传感器供电电路的输出端可以直接焊接在高通滤波电路的输入端即可。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种传感器过电压保护和信号调理系统，其特征在于，所述系统包括过电压保护模块和信号调理模块，所述过电压保护模块包括依次连接的一级限压保护单元、限流保护单元和二级限压保护单元，传感器的输出端连接一级限压保护单元的输入端，所述信号调理模块包括依次连接的高通滤波电路、低通滤波电路、电压跟随电路和信号放大电路，所述二级限压保护单元的输出端连接所述高通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路用于隔离高频电磁干扰，所述跟随电路用于增加输入阻抗，信号放大电路用于匹配后续模块的输入电平；二级限压保护单元为并接在传感器输出回路上的两个稳压管，所述稳压管串联，所述稳压管的中间接点接地；每个稳压管由两个二极管串联而成，且两个二极管的负极相连；所述低通滤波电路包括低通滤波电容和放大器，放大器的同相输入端连接所述低通滤波电容；所述一级限压保护单元和二级限压保护单元之间串接有用于限流的限流电阻。
2.根据权利要求1所述的传感器过电压保护和信号调理系统，其特征在于，所述一级限压保护单元为并接在传感器输出回路上的气体放电管。
3.根据权利要求2所述的传感器过电压保护和信号调理系统，其特征在于，所述高通滤波电路由串接在传感器输出回路上的高通滤波电感和高通滤波电容组成。
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