CN110609164A - 一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路，属于电子硬件设备的电路结构的技术领域。本发明的数据采集记录仪的交直流电压采集电路，包括电路保护结构、信号处理结构和参考电压结构；三者相互并联共地。电路保护结构包括输入电压保护模块、第一电压衰减器、过压保护模块和第二电压衰减器；信号处理结构包括共模噪声抑制模块、隔离放大器、差分转单端模块、缓冲放大器、模‑数转换器；参考电压结构为一个带隙二极管。使用本数据采集记录仪的交直流电压采集电路，相比现有录波仪的采集电路，电路结构相对简单且材料成本低廉，带多级保护和隔离功能，大大提高了数据采集记录仪进行信号数据采集的安全性，适用于在生产一线快速部署。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备硬件的技术领域，尤其是一种交直流电压采集电路的结构。
背景技术
录波仪是用于电气量记录或者把不同的电气量进行转换后再记录的一种装置，其可以实时的记录不同电气量的数据，并实时的绘制曲线，另外可以根据需要对曲线进行回放与分析。现有的录波仪的信号采集电路，往往带有复杂的控制电路，使得录波仪在使用过程中都存在参数设置非常复杂的情况，需要人员的知识水平较高，且设置过程耗费的时间相对较长，不利于在生产一线快速部署和使用设备。而且现有的录波仪制造成本较高，用于采集交直流电压的电路结构相对复杂，维护难度较高。
发明内容
为了解决上述背景技术中所存在的一个或者多个问题，本发明提出一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路的技术方案，用于实现外部电气量交直流电压信号的接入和采集、隔离、变换。
本发明的技术方案如下：
一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路，包括电路保护结构、信号处理结构和参考电压结构；电路保护结构与信号处理结构共用接地线，参考电压结构用于对信号处理结构供电；电路保护结构用于防止信号处理结构过压，参考电压结构为信号处理结构提供基准电压。其效果在于，利用电路保护结构对信号处理结构进行过压和短路保护，参考电压结构保障信号处理结构的工作电压稳定。
进一步地，电路保护结构包括输入电压保护模块、第一电压衰减器、过压保护模块和第二电压衰减器；信号处理结构包括共模噪声抑制模块、隔离放大器、差分转单端模块、缓冲放大器、模-数转换器。其效果在于，混联的各部件相互间执行各自的功能。
进一步地，输入电压保护模块与第一衰减器串联；过压保护模块与第一衰减器并联；第一电压衰减器与共模噪声抑制模块并联；共模噪声抑制模块与隔离放大器串联；隔离放大器与差分转单端模块串联；差分转单端模块与第二电压衰减器串联；第二电压衰减器与缓冲放大器串联；缓冲放大器与模-数转换器串联；模-数转换器与参考电压结构并联。其效果在于，各部件组成完整结构以执行各自相应的功能。
进一步地，输入电压保护模块为依次串联的保险管和压敏电阻；输入电压保护模块与外部的输入信号串联；保险管一端接外部输入信号，另一端接压敏电阻的一端；压敏电阻的另一端接地。其效果在于，当所采集的信号的电压超过压敏电阻阈值时，压敏电阻被所采集的信号的电压击穿，保险管熔断以保护后级电路。
进一步地，第一电压衰减器和第二电压衰减器均分别为两个串联的电阻；第一电压衰减器的第一个串联电阻接在保险管与压敏电阻的连接处，第二个串联电阻接地；第二电压衰减器的第一串联电阻接差分转单端模块的输出端，第二个串联电阻接地。其效果在于，逐级对电压进行降低，保证后级电路的电压稳定在安全范围内。
进一步地，过压保护模块为双向稳压二极管(tvs管)；双向稳压二极管与第一电压衰减器的第二个串联电阻并联。其效果在于，确保第一电压衰减器失效的情况下快速将电压钳位在设定数值，防止后级电路过压。
进一步地，共模噪声抑制模块由两个电感组成，第一个电感的一端接在第一电压衰减器两个电阻的连接处，另一端接在隔离放大器的其中一个输入端；第二个电感的一端接地，另一端接在隔离放大器的另一个输入端；所述差分转单端模块的两个输入端分别连接隔离放大器的两个输出端；所述缓冲放大器的输入端接在第二电压衰减器两个电阻的连接处，缓冲放大器输出端连接模-数转换器的信号输入端；模-数转换器的电压输入端连接参考电压结构。其效果在于，共模噪声抑制模块能除去所采集的信号的共模噪声，隔离放大器对降噪后的信号进行隔离放大，提高所采集信号的幅值的同时也保障后级电路的安全。差分转单端模块将所差分信号换为单端信号，保证模-数转换器识别读取信号。缓冲放大器进行阻抗变换，保障测量所采集的信号的精度。
进一步地，模-数转换器为十二位模-数转换器。其效果在于，提供合理的模拟信号采样和数字信号编译码能力。
进一步地，保险管为陶瓷防爆保险管。其效果在于，陶瓷防爆型保险管内部填充了石英砂灭弧且结构坚固，能有效防止对电路板的损伤。
进一步地，参考电压结构为带隙二极管；所述带隙二极管的负极接地，正极与外部电源连接；十二位模-数转换器的电压输入端与带隙二极管的正极连接。其效果在于，保证十二位模-数转换器工作电压的稳定性和精度。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明数据采集记录仪的交直流电压采集电路，对比现有录波仪的采集电路，电路结构相对简单且材料成本低廉，且实现了外部电气量交直流电压信号的接入和采集、隔离、变换的功能。还带有多级保护和隔离功能，大大提高了数据采集记录仪进行信号数据采集的安全性，适用于在生产一线快速部署。
附图说明
图1为本发明电路的电路结构原理图；
图1中：保险管1、压敏电阻2、电压衰减器3、双向TVS管4、共模噪声抑制模块5、隔离放大器6、差分转单端模块7、电压衰减器8、缓冲放大器9、模-数转换器10、带隙二极管11。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。为更好说明实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设计”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
结合图1，各元器件的连接关系如图所示。本数据采集记录仪的交直流电压采集电路，包括保险管1、压敏电阻2、电压衰减模块3、双向TVS管4、共模噪声抑制模块5、隔离放大器6、差分转单端模块7、电压衰减模块8、缓冲放大器9、模-数转换器10、带隙二极管11。其中，保险管1为陶瓷防爆保险管，管内部填充了石英砂灭弧且结构坚固，不会起火或者高温对电路板造成损伤；模-数转换器10为十二位模-数转换器，能对所采集的信号进行合理的模拟信号采样和数字信号编译码。
在本实施方式中，保险管1一端接外部所要采集的输入信号，另一端接压敏电阻2的一端；压敏电阻2的另一端接地。电压衰减器3为两个串联的电阻；电压衰减器3的第一个串联电阻接在保险管与压敏电阻的连接处，第二个串联电阻接地。双向TVS管4与电压衰减器3的第二个串联电阻并联。共模噪声抑制模块5由两个电感组成，第一个电感的一端接在电压衰减器3的两个电阻的连接处，另一端接在隔离放大器6的其中一个输入端；第二个电感的一端接地，另一端接在隔离放大器6的另一个输入端。差分转单端模块7的两个输入端分别连接隔离放大器6的两个输出端。电压衰减器8的第一串联电阻接差分转单端模块7的输出端，第二个串联电阻接地。缓冲放大器9的输入端接在电压衰减器8的两个电阻的连接处，缓冲放大器9输出端连接模-数转换器10的信号输入端。模-数转换器10的电压输入端连接带隙二极管11。带隙二极管11的负极接地，正极与外部电源连接；模-数转换器10的电压输入端与带隙二极管11的正极连接。
本实施方式的效果在于，相比现有录波仪的采集电路，电路结构相对简单且元器件的材料成本低廉，且实现了外部电气量的交直流电压信号的接入和采集、隔离、变换的功能。还带有多级保护和隔离功能，大大提高了数据采集记录仪进行信号数据采集的安全性，适用于在生产一线快速部署。
在上述实施方式中，将这一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路，单纯地改变元器件相关参数，或者使用相同功能的其他型号元器件替换，只是对本实施方式的常规替换，并不具备实质性的改变和进步，同样落入本技术方案权利要求所阐述的范围内。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：包括电路保护结构、信号处理结构和参考电压结构；所述电路保护结构与信号处理结构共用接地线，所述参考电压结构用于对信号处理结构供电；电路保护结构用于防止信号处理结构过压，参考电压结构为信号处理结构提供基准电压。
2.根据权利要求1中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述电路保护结构包括输入电压保护模块、第一电压衰减器、过压保护模块和第二电压衰减器；所述信号处理结构包括共模噪声抑制模块、隔离放大器、差分转单端模块、缓冲放大器、模-数转换器。
3.根据权利要求2中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述输入电压保护模块与第一衰减器串联；过压保护模块与第一衰减器并联；第一电压衰减器与共模噪声抑制模块并联；共模噪声抑制模块与隔离放大器串联；隔离放大器与差分转单端模块串联；差分转单端模块与第二电压衰减器串联；第二电压衰减器与缓冲放大器串联；缓冲放大器与模-数转换器串联；模-数转换器与参考电压结构并联。
4.根据权利要求3中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述输入电压保护模块为依次串联的保险管和压敏电阻；输入电压保护模块与外部的输入信号串联；保险管一端接外部输入信号，另一端接压敏电阻的一端；压敏电阻的另一端接地。
5.根据权利要求4中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述第一电压衰减器和第二电压衰减器均分别为两个串联的电阻；第一电压衰减器的第一个串联电阻接在保险管与压敏电阻的连接处，第二个串联电阻接地；第二电压衰减器的第一串联电阻接差分转单端模块的输出端，第二个串联电阻接地。
6.根据权利要求5中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述过压保护模块为双向稳压二极管；双向稳压二极管与第一电压衰减器的第二个串联电阻并联。
7.根据权利要求6中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述共模噪声抑制模块由两个电感组成；第一个电感的一端接在第一电压衰减器两个电阻的连接处，另一端接在隔离放大器的其中一个输入端；第二个电感的一端接地，另一端接在隔离放大器的另一个输入端；所述差分转单端模块的两个输入端分别连接隔离放大器的两个输出端；所述缓冲放大器的输入端接在第二电压衰减器两个电阻的连接处，缓冲放大器输出端连接模-数转换器的信号输入端；模-数转换器的电压输入端连接参考电压结构。
8.根据权利要求7中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述模-数转换器为十二位模-数转换器。
9.根据权利要求8中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述保险管为陶瓷防爆保险管。
10.根据权利要求1-9中所述数据采集记录仪的交直流电压采集电路，其特征在于：所述参考电压结构为带隙二极管；所述带隙二极管的负极接地，正极与外部电源连接；十二位模-数转换器的电压输入端与带隙二极管的正极连接。
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