CN110967551A - 电流信号冗余采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种电流信号冗余采集电路，包括至少两个电流信号采样支路。其中，所述电流信号采样支路相串联，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端与预设模拟量输出端之间。具体的，所述电流信号采样支路包括相互并联的电流采样电阻以及稳压二极管。可见本方案提供的电流信号冗余采集电路中，即便其中一个电流信号采样支路发生故障，仍可以从其他电流信号采样支路实现电流信号的采集，可见本方案提供的电流信号冗余采集电路能够提高信号采集能力。

Description

电流信号冗余采集电路
技术领域
本发明涉及冗余控制技术领域，具体涉及一种电流信号冗余采集电路。
背景技术
在现有的工业自动化模拟信号采集技术领域，通常是将现场传感器、调理电路、ADC采集后的信号输入到MCU进行处理。一旦产品本身出现影响现场使用的故障，将直接导致现场运行停止，影响正常的生产运行。
发明人发现，产品正常工作期间，需要对现场输入的模拟信号进行采集，一旦采集模块发生故障，则不能正常采集，进而影响现场设备的正常运行。
因此，如何提供一种电流信号冗余采集电路，能够提高信号采集能力，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电流信号冗余采集电路，能够提高信号采集能力。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电流信号冗余采集电路，包括：至少两个电流信号采样支路，
所述电流信号采样支路相串联，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端与预设模拟量输出端之间；
所述电流信号采样支路包括相互并联的电流采样电阻以及稳压二极管。
可选的，还包括：接线端子板，所述接线端子板上至少设置有所述预设模拟量输入端以及所述预设模拟量输出端。
可选的，所述电流信号冗余采集电路包括两个所述电流信号采样支路，一个为第一电流信号采样支路，另一个为第二电流信号采样支路；
所述预设模拟量输入端分别与所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的一端以及所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阴极相连，所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的另一端分别与所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阳极、所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的一端以及所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阴极相连，所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的另一端与所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阳极以及所述预设模拟量输出端相连。
可选的，还包括：
串接在所述预设模拟量输入端与所述第一电流信号采样支路之间的第一二极管；
和/或，
串接在所述第二电流信号采样支路与所述预设模拟量输出端之间的第二二极管。
可选的，所述第一二极管的阳极与所述预设模拟量输入端相连，所述第二二极管的阴极与所述预设模拟量输出端相连。
可选的，所述稳压二极管为电压大于等于4.8V且小于等于5.4V的稳压二极管。
可选的，所述稳压二极管为额定电流为5mA的稳压二极管。
可选的，所述稳压二极管为当电压为2V时反向漏电流为2uA的稳压二极管。
可选的，所述电流采样电阻为阻值小于240Ω的电阻。
可选的，所述电流采样电阻为阻值为124Ω的电阻。
基于上述技术方案，本发明实施例提供了一种电流信号冗余采集电路，包括至少两个电流信号采样支路。其中，所述电流信号采样支路相串联，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端与预设模拟量输出端之间。具体的，所述电流信号采样支路包括相互并联的电流采样电阻以及稳压二极管。可见本方案提供的电流信号冗余采集电路中，即便其中一个电流信号采样支路发生故障，仍可以从其他电流信号采样支路实现电流信号的采集，可见本方案提供的电流信号冗余采集电路能够提高信号采集能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电流信号冗余采集电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电流信号冗余采集电路的又一结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电流信号冗余采集电路的又一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电流信号冗余采集电路的又一结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种稳压二极管的参数示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种电流信号冗余采集电路的结构示意图，该电流信号冗余采集电路包括：至少两个电流信号采样支路11。其中，每个电流信号采样支路11均包括相互并联的电流采样电阻111以及稳压二极管112。
除此，在本实施例中，多个电流信号采样支路串联连接，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端AI+与预设模拟量输出端AI-之间。
发明人考虑到电流源的内阻相对负载阻抗很大，负载阻抗波动不会改变电流大小。因此在电流源回路中串联电阻无意义，因为它不会改变负载的电流，也不会改变负载上的电压。
而理想电流源是从实际电源抽象出来的一种模型，其端口总能向外部提供一定的电流而不论其两端的电压为多少，电流源具有两个基本的性质：
a、它提供的电流是定值I或是一定的时间函数I(t)与两端的电压无关。
b、电流源自身电流是确定的，而它两端的电压是任意的。
除此，稳压二极管是利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。
因此，本发明实施例基于以上电流源和稳压二极管的特性，提供了一种电流信号冗余采集电路。在本实施例中，由于具备多个电流信号采样支路11，因此，即便其中一个电流信号采样支路发生故障，仍可以从其他电流信号采样支路实现电流信号的采集，可见本方案提供的电流信号冗余采集电路能够提高信号采集能力。
在上述实施例的基础上，如图2所示，本实施例提供的电流信号冗余采集电路，还可以包括：接线端子板21。其中，该接线端子板21上至少设置有上述预设模拟量输入端AI+以及上述预设模拟量输出端AI-。
除此，还可以将电流信号采样支路也封装在该接线端子板21上。当然，电流信号采样支路也可以进行独立封装，在本实施例中不进行具体限定。
具体的，本实施例提供的电流信号冗余采集电路包括至少两个电流信号采样支路，现以电流信号冗余采集电路包括两个所述电流信号采样支路为例，如图3所示，对本方案提供的电流信号冗余采集电路的工作原理进行说明，为了进一步区分，定义一个所述电流信号采样支路为第一电流信号采样支路，另一个电流信号采样支路为第二电流信号采样支路，则其电路连接关系如下：
所述预设模拟量输入端AI+分别与所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻R1的一端以及所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管D1的阴极相连，所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻R1的另一端分别与所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管D1的阳极、所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻R2的一端以及所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管D2的阴极相连，所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻R2的另一端与所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管D2的阳极以及所述预设模拟量输出端AI-相连。
结合上述电路连接关系，本实施例提供的电流信号冗余采集电路的工作原理如下：
正常工作情况下，电流信号从AI+端子流入，经产品AI-I(1)电流采样电阻R1，流经产品AI-I(2)电流采样电阻R2，返回到AI-端子，形成电流流通回路。产品AI-I(1)通道和产品AI-I(2)通道均能采集到现场电流信号值。
若产品AI-I(1)通道出现故障，产品AI-I(2)通道正常，则电流信号从产品AI-I(1)电流采集通道对应的稳压二极管D1通过，进入产品AI-I(2)电流采集通道，形成电流流通回路。AI-I(1)电流采集通道无法采集到现场信号值，AI-I(2)电流采集通道能采集到现场信号值。
反之，若产品AI-I(1)通道正常，产品AI-I(2)通道出现故障，则电流信号从产品AI-I(1)电流采集通道流出，流经产品AI-I(2)电流采集通道对应的稳压二极管D2，形成电流流通回路。AI-I(1)电流采集通道可以采集到现场信号值，AI-I(2)电流采集通道无法采集到现场信号值。
可见，本方案中，即便其中一个电流信号采样支路发生故障，仍可以从其他电流信号采样支路实现电流信号的采集，提高了信号采集能力。
在上述实施例的基础上，如图4所示，本发明实施例提供的电流信号冗余采集电路，还可以包括：
串接在所述预设模拟量输入端与所述第一电流信号采样支路之间的第一二极管D3；
和/或，
串接在所述第二电流信号采样支路与所述预设模拟量输出端之间的第二二极管D4。
该第一二极管以及第二二极管可以使得电路单相导通，具体的，第一二极管D3的阳极与所述预设模拟量输入端AI+相连，所述第二二极管D4的阴极与所述预设模拟量输出端AI-相连。
值得一提的是，在本实施例中，进一步对稳压二极管以及电流采样电阻的选型进行说明。其中，所述稳压二极管可以为电压大于等于4.8V且小于等于5.4V的稳压二极管。或，所述稳压二极管可以为额定电流为5mA的稳压二极管。或，所述稳压二极管可以为当电压为2V时反向漏电流为2uA的稳压二极管。所述电流采样电阻可以为阻值小于240Ω的电阻。例如，所述电流采样电阻为阻值为124Ω的电阻。
具体的，结合图5，在本实施中，Uz为稳定电压，指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如，BZT52C5V1型稳压管的Vzmin为4.8V，Vztyp为5.1V，Vzmax则为5.4V。
Iz为额定电流，指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差；高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。例如，BZT52C5V1型稳压管的Iz为5mA。
IR为反向漏电流，指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如BZT52C5V1型稳压管在VR＝2V时，IR＝2uA。
而电阻是一个物理量，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。
在该冗余电路中，为确保通道正常采集最大值时，稳压二极管不对通道采样值造成限制，即4.8V/20mA＝240Ω，故，采样电阻R1和R2小于240Ω即可，实际选择124Ω。
综上，本发明实施例提供了一种电流信号冗余采集电路，包括至少两个电流信号采样支路。其中，所述电流信号采样支路相串联，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端与预设模拟量输出端之间。具体的，所述电流信号采样支路包括相互并联的电流采样电阻以及稳压二极管。可见本方案提供的电流信号冗余采集电路中，即便其中一个电流信号采样支路发生故障，仍可以从其他电流信号采样支路实现电流信号的采集，可见本方案提供的电流信号冗余采集电路能够提高信号采集能力。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电流信号冗余采集电路，其特征在于，包括：至少两个电流信号采样支路，
所述电流信号采样支路相串联，且串联后的支路连接在预设模拟量输入端与预设模拟量输出端之间；
所述电流信号采样支路包括相互并联的电流采样电阻以及稳压二极管。
2.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，还包括：接线端子板，所述接线端子板上至少设置有所述预设模拟量输入端以及所述预设模拟量输出端。
3.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述电流信号冗余采集电路包括两个所述电流信号采样支路，一个为第一电流信号采样支路，另一个为第二电流信号采样支路；
所述预设模拟量输入端分别与所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的一端以及所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阴极相连，所述第一电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的另一端分别与所述第一电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阳极、所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的一端以及所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阴极相连，所述第二电流信号采样支路中的所述电流采样电阻的另一端与所述第二电流信号采样支路中的所述稳压二极管的阳极以及所述预设模拟量输出端相连。
4.根据权利要求3所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，还包括：
串接在所述预设模拟量输入端与所述第一电流信号采样支路之间的第一二极管；
和/或，
串接在所述第二电流信号采样支路与所述预设模拟量输出端之间的第二二极管。
5.根据权利要求4所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述第一二极管的阳极与所述预设模拟量输入端相连，所述第二二极管的阴极与所述预设模拟量输出端相连。
6.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述稳压二极管为电压大于等于4.8V且小于等于5.4V的稳压二极管。
7.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述稳压二极管为额定电流为5mA的稳压二极管。
8.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述稳压二极管为当电压为2V时反向漏电流为2uA的稳压二极管。
9.根据权利要求1所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述电流采样电阻为阻值小于240Ω的电阻。
10.根据权利要求9所述的电流信号冗余采集电路，其特征在于，所述电流采样电阻为阻值为124Ω的电阻。
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