CN108872695B - 双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统 - Google Patents

双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向火花引燃电路所需的双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统，包括输入阻容滤波电路、正负半周过零信号检测及脉冲驱动电路和正负半周过零检测脉冲光纤发送器和接收器。正负半周过零信号检测及脉冲驱动电路一端通过输入阻容滤波电路连接工频交流电，另一端分别连接正负半周过零检测脉冲光纤发送器，正负半周过零检测脉冲光纤发送器通过光纤将过零检测脉冲传输至正负半周过零检测脉冲光纤接收器，并最终送达单片机。本发明可以同时满足交流电过零信号检测、交流电极性检测以及高速光纤脉冲信号传送的要求，电路原理简单，易于制作及调试。

Description

双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统
技术领域
本发明涉及交流火花光谱分析技术领域，特别是涉及一种双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统。
背景技术
高重复率火花光源需要双向激发电路，这类电路需要检测交流电过零点以及交流电的极性。传统的方法或者存在较大功耗，或者需要占用较大体积，增加系统复杂度。
为了解决上述电路的电磁兼容性问题，需要将脉冲发生电路和脉冲激励电路分开，传输脉冲信号到高压激励电路的可靠方法是光纤传输，而高速光纤传输系统需要较大的驱动电流，进一步增大了这类电路的设计难度。
发明内容
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明致力于提供一种双相过零信号检测电路，以降低该类电路的体积、功耗和复杂度等。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。
一种双相过零信号检测电路，包括输入阻容滤波电路11、正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12和负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13；
输入阻容滤波电路11的输入端与工频交流电连接，其输出端同时连接正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12和负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13；
输入阻容滤波电路11包括电阻R1、电阻R2及滤波电容C1，电阻R1一端连接工频交流电的L相，另一端连接电容C1的一端，电阻R1和电容C1的连接点作为输入阻容滤波电路的A输出端，电阻R2一端连接工频交流电的N相，另一端连接电容C1的另一端，电阻R2和电容C1的连接点作为输入阻容滤波电路的B输出端；
正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12包括整流二极管D1p、储能电容C2p、过零检测二极管D2p、降压电阻R3p、信号驱动三极管Q1p及限流电阻R4p，信号驱动三极管Q1p为NPN型三极管，整流二极管D1p的正极连接输入阻容滤波电路的A输出端，负极连接储能电容C2p的正极，储能电容C2p的负极同时连接信号驱动三极管Q1p的发射极和过零检测二极管D2p的正极，过零检测二极管D2p的负极同时连接信号驱动三极管Q1p的基极以及输入阻容滤波电路的B输出端，降压电阻R3p一端连接整流二极管D1p的负极，另一端连接到输入阻容滤波器的B输出端，限流电阻R4p一端连接储能电容C2p的正极，另一端作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12的正输出端，信号驱动三极管Q1p的集电极则作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12的负输出端；
负半周过零信号检测及脉冲驱动电路包括整流二极管D1n、储能电容C2n、过零检测二极管D2n、降压电阻R3n、信号驱动三极管Q1n及限流电阻R4n，信号驱动三极管Q1n为PNP型三极管，整流二极管D1n的负极连接输入阻容滤波电路的A输出端，正极连接储能电容C2n的负极，储能电容C2n的正极同时连接信号驱动三极管Q1n的发射极和过零检测二极管D2n的负极，过零检测二极管D2n的正极同时连接信号驱动三极管Q1n的基极以及输入阻容滤波电路的B输出端，降压电阻R3n一端连接整流二极管D1n的正极，另一端连接输入阻容滤波器11的B输出端，限流电阻R4n一端连接储能电容C2n的负极，另一端作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的负输出端，信号驱动三极管Q1n的集电极则作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的正输出端。
在上述方案的基础上，本发明的目的还包括提出一种光纤信号传输系统，以便于将双相过零检测脉冲传输至单片机，所采用的方案如下。
一种光纤信号传输系统，包括正半周过零检测脉冲光纤发送器14、正半周过零检测脉冲光纤接收器16、负半周过零检测脉冲光纤发送器15、负半周过零检测脉冲光纤接收器17；
正半周过零检测脉冲光纤发送器14包括高速光纤信号发送器U1p；正半周过零检测脉冲光纤接收器16包括高速光纤信号接收器U2p；负半周过零检测脉冲光纤发送器15包括高速光纤信号发送器U1n；负半周过零检测脉冲光纤接收器17包括高速光纤信号接收器U2n；
高速光纤信号发送器U1p的正负输入端分别连接权利要求1所述双相过零信号检测电路中正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12的正负输出端，用于将正半周过零信号检测脉冲通过光纤传送到高速光纤信号接收器U2p，高速光纤信号接收器U2p的输出端连接单片机；
高速光纤信号发送器U1n的正负输入端分别连接权利要求1所述双相过零信号检测电路中负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的正负输出端，用于将负半周过零信号检测脉冲通过光纤传送到高速光纤信号接收器U2n，高速光纤信号接收器U2n的输出端连接单片机。
本发明针对传统方法的种种不足，提出一种新颖的双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统，该电路能够分别产生交流电正半周向负半周切换，以及交流电负半周向正半周切换的过零信号检测脉冲，即所谓的双相过零信号检测脉冲，一举解决交流电过零检测以及极性检测的要求。本发明电路把脉冲驱动和过零检测部分结合起来，并且利用电容的储能为脉冲驱动提供能量，避免了为驱动大电流光纤高速信号传输系统导致的较大功耗问题，这有助于电磁隔离火花放电电路和火花脉冲产生电路，从而解决电磁兼容性问题。本发明电路结构简洁，成本低廉，易于制作和调试。
附图说明
图1为本发明双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统的结构示意图；
图2为本发明双相过零信号检测电路及光纤信号传输系统的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图阐述本发明的实施例。
如图1所示，本发明包括双相过零信号检测电路1和光纤信号传输系统2，其中双相过零信号检测电路包括输入阻容滤波电路11、正半周过零信号检测及信号驱动电路12和负半周过零信号检测及信号驱动电路13，光纤信号传输系统2包括正半周过零检测脉冲光纤发送器14、负半周过零检测脉冲光纤发送器16、正半周过零检测脉冲光纤接收器15和负半周过零检测脉冲光纤接收器17。
输入阻容滤波电路11一端与工频交流电连接，另一端同时连接正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12和负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13，正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12的输出端连接正半周过零检测脉冲光纤发送器14，负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的输出端连接负半周过零检测脉冲光纤发送器15，正半周过零信号检测脉冲发送器14通过光纤连接正半周过零检测脉冲光纤接收器16，负半周过零信号检测脉冲发送器15通过光纤连接负半周过零检测脉冲光纤接收器17，正半周过零检测脉冲光纤接收器16和负半周过零检测脉冲光纤接收器17的输出端分别连接到单片机3。
图2为本发明的电路原理。
工频交流电(AC Power)取自稳压变压器的次级，稳压变压器次级输出有效值为125V，峰值为140V的削顶工频交流电，频率为50Hz。由于本发明涉及到交流电的极性，因此需要定义工频交流电输入端的相线L和零线N，如图2中所示。
输入阻容滤波电路11包括电阻R1、R2和电容C1。
正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12包括整流二极管D1p、降压电阻R3p、储能电容C2p、过零检测二极管D2p、信号驱动三极管Q1p以及限流电阻R4p。
负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13包括整流二极管D1n、降压电阻R3n、储能电容C2n、过零检测二极管D2n、信号驱动三极管Q1n以及限流电阻R4n。
正半周过零检测脉冲光纤发送器14包括高速光纤信号发送器U1p。
正半周过零检测脉冲光纤接收器16包括高速光纤信号发送器U2p。
负半周过零检测脉冲光纤发送器15包括高速光纤信号发送器U1n。
负半周过零检测脉冲光纤接收器17包括高速光纤信号发送器U2n。
输入阻容滤波电路11中，电阻R1一端连接工频交流电的相线L，另一端连接电容C1的一端，它们的连接点作为输入阻容电滤波电路11的A输出端、电阻R2连接共频交流电的零线N，另一端连接C1的另一端，它们的连接点作为输入阻容滤波电路的B输出端。R1、R2和C1的取值应该使电路的转折频率高于500Hz以上。
正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12中，D1p的正极连接输入阻容滤波电路的A输出端，D1p的负极连接R3p的一端，R3p另一端连接输入阻容滤波电路的B输出端。D1p的负极连接C2p的正极，C2p的负极连接D2p的正极，D2p的负极连接输入阻容波电路的B输出端，Q1p为NPN三极管，Q1p的基极连接D2p的负极，Q1p的发射极连接D2p的正极，R4p的一端连接C2p的正极，另一端作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路的正输出端，Q1p的集电极则作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路的负输出端。交流电正半周时，电路通过R1→D1p→C2p→D2p→R2形成导通通道，电容C2p被充电，R3p和R1、R2共同决定C2p的电压。在交流电正半周电压下降途中，当电压低于C2p上的电压时，D2p截止，然后随着电压的进一步下降，D2p开始反偏，Q1p开始导通，C2p通过R4p驱动光纤信号发送器，产生正半周过零信号检测脉冲，即正半周结束、负半周开始的过零信号检测脉冲，该脉冲宽度取决于R4p和C2p的值。
负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13中，D1n的负极连接输入阻容滤波电路的A输出端，D1n的正极连接R3n的一端，R3n另一端连接输入阻容滤波电路的B输出端。D1n的正极连接C2n的负极，C2n的正极连接D2n的负极，D2n的正极连接输入阻容滤波电路的B输出端，Q1n为PNP三极管，Q1n的基极连接D2n的正极，Q1n的发射极连接D2n的负极，R4n的一端连接C2n的负极，另一端作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的负输出端，Q1n的集电极则作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路的正输出端。交流电负半周时，电路通过R2→D2n→C2n→D1n→R1形成导通通道，电容C2n被充电，R3n和R1、R2共同决定C2p的电压。在交流电负半周电压下降途中，当电压低于C2n上的电压时，D2n截止，然后随着电压的进一步下降，D2n开始反偏，Q1n开始导通，C2n通过R4n驱动光纤信号发送器，产生正半周过零信号检测脉冲，即负半周结束、正半周开始的过零信号检测脉冲，该脉冲宽度取决于R4n和C2n的值。
正半周过零检测脉冲光纤发送器14包括高速光纤发送器U1p，其正负输入端分别连接正半周过零信号检测及脉冲驱动电路12的正负输出端。该光纤信号发送器通过光纤把正半周过零检测脉冲传送到正半周过零检测脉冲光纤接收器16，正半周过零检测脉冲光纤接收器16包括高速光纤接收器U2p，U2p的输出端连接到单片机3。
负半周过零检测脉冲光纤发送器15包括高速光纤发送器U1n，其正负输入端分别连负半周过零信号检测及脉冲驱动电路13的正负输出端。该光纤信号发送器通过光纤把负半周过零检测脉冲传送到负半周过零检测脉冲光纤接收器17，负半周过零检测脉冲光纤接收器17包括高速光纤接收器U2n，U2n的输出端连接到单片机3。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种双相过零信号检测电路，其特征在于，
包括输入阻容滤波电路(11)、正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)和负半周过零信号检测及脉冲驱动电路(13)；
输入阻容滤波电路(11)的输入端与工频交流电连接，其输出端同时连接正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)和负半周过零信号检测及脉冲驱动电路(13)；
输入阻容滤波电路(11)包括电阻R1、电阻R2及滤波电容C1，电阻R1一端连接工频交流电的L相，另一端连接电容C1的一端，电阻R1和电容C1的连接点作为输入阻容滤波电路的A输出端，电阻R2一端连接工频交流电的N相，另一端连接电容C1的另一端，电阻R2和电容C1的连接点作为输入阻容滤波电路的B输出端；
正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)包括整流二极管D1p、储能电容C2p、过零检测二极管D2p、降压电阻R3p、信号驱动三极管Q1p及限流电阻R4p，信号驱动三极管Q1p为NPN型三极管，整流二极管D1p的正极连接输入阻容滤波电路的A输出端，负极连接储能电容C2p的正极，储能电容C2p的负极同时连接信号驱动三极管Q1p的发射极和过零检测二极管D2p的正极，过零检测二极管D2p的负极同时连接信号驱动三极管Q1p的基极以及输入阻容滤波电路的B输出端，降压电阻R3p一端连接整流二极管D1p的负极，另一端连接到输入阻容滤波器的B输出端，限流电阻R4p一端连接储能电容C2p的正极，另一端作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)的正输出端，信号驱动三极管Q1p的集电极则作为正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)的负输出端；
负半周过零信号检测及脉冲驱动电路包括整流二极管D1n、储能电容C2n、过零检测二极管D2n、降压电阻R3n、信号驱动三极管Q1n及限流电阻R4n，信号驱动三极管Q1n为PNP型三极管，整流二极管D1n的负极连接输入阻容滤波电路的A输出端，正极连接储能电容C2n的负极，储能电容C2n的正极同时连接信号驱动三极管Q1n的发射极和过零检测二极管D2n的负极，过零检测二极管D2n的正极同时连接信号驱动三极管Q1n的基极以及输入阻容滤波电路的B输出端，降压电阻R3n一端连接整流二极管D1n的正极，另一端连接输入阻容滤波器(11)的B输出端，限流电阻R4n一端连接储能电容C2n的负极，另一端作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路(13)的负输出端，信号驱动三极管Q1n的集电极则作为负半周过零信号检测及脉冲驱动电路(13)的正输出端。
2.根据权利要求1所述的双相过零信号检测电路，其特征在于，
电阻R1、电阻R2和电容C1的取值使输入阻容滤波电路的转折频率高于500Hz。
3.根据权利要求2所述的双相过零信号检测电路，其特征在于，
工频交流电取自稳压变压器的次级，稳压变压器次级输出有效值为125V，峰值为140V，频率为50Hz的削顶工频交流电。
4.一种光纤信号传输系统，其特征在于，
包括正半周过零检测脉冲光纤发送器(14)、正半周过零检测脉冲光纤接收器(16)、负半周过零检测脉冲光纤发送器(15)、负半周过零检测脉冲光纤接收器(17)；
正半周过零检测脉冲光纤发送器(14)包括高速光纤信号发送器U1p；正半周过零检测脉冲光纤接收器(16)包括高速光纤信号接收器U2p；负半周过零检测脉冲光纤发送器(15)包括高速光纤信号发送器U1n；负半周过零检测脉冲光纤接收器(17)包括高速光纤信号接收器U2n；
高速光纤信号发送器U1p的正负输入端分别连接权利要求1-3任意一项所述双相过零信号检测电路中正半周过零信号检测及脉冲驱动电路(12)的正负输出端，用于将正半周过零信号检测脉冲通过光纤传送到高速光纤信号接收器U2p，高速光纤信号接收器U2p的输出端连接单片机；
高速光纤信号发送器U1n的正负输入端分别连接权利要求1-3任意一项所述双相过零信号检测电路中负半周过零信号检测及脉冲驱动电路(13)的正负输出端，用于将负半周过零信号检测脉冲通过光纤传送到高速光纤信号接收器U2n，高速光纤信号接收器U2n的输出端连接单片机。
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