CN202798674U - 一种模拟信号隔离转换电路及气体探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于电路领域，提供了一种模拟信号隔离转换电路及气体探测器，所述模拟信号隔离转换电路包括：危险侧滤波电路；与所述危险侧滤波电路连接的信号隔离放大电路；与所述信号隔离放大电路连接的仪表放大电路；与所述仪表放大电路连接的调零电路，以及与所述信号隔离放大电路连接的危险侧电源和安全侧电源。本实用新型中的模拟信号隔离转换电路可以工作在比较恶劣的环境中，而且抗静电、浪涌、电磁辐射等干扰的能力较强，能够有效解决在易燃易爆等危险环境下对模拟电信号的隔离转换问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电路领域，尤其涉及一种模拟信号隔离转换电路及气体探测器。
背景技术
目前，气体探测器在一些易燃易爆等危险环境中的应用越来越广泛，作为监测生产过程中产生的有毒气体、可燃气体浓度的仪表，其测量精度、稳定性、可靠性不容忽视。
气体探测器的工作环境通常比较恶劣，温度范围-40℃-70℃，静电、浪涌、电磁辐射等干扰很大，这就要求气体探测器在高、低温环境下也必须保证测量精度，同时需要具备出色的抗干扰能力。其中模拟信号隔离转换电路作为其重要的组成部分，其性能的好坏直接影响气体探测器的测量精度和稳定性。
目前模拟信号隔离转换电路常用光耦隔离方式，具有体积较小，信号单向传输，输出信号对输入端无相互影响，无触点等特点，易于和逻辑电路配合，但应用于模拟信号的隔离转换时，普遍存在线性度不高，高低温性能不理想等情况。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种模拟信号隔离转换电路，旨在解决现有光耦隔离方式线性度不高、高低温性能不理想的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种模拟信号隔离转换电路，包括：
危险侧滤波电路；
与所述危险侧滤波电路连接的信号隔离放大电路；
与所述信号隔离放大电路连接的仪表放大电路；
与所述仪表放大电路连接的调零电路，以及
与所述信号隔离放大电路连接的危险侧电源和安全侧电源。
进一步地，所述危险侧滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；
所述第一电阻R1和第一电容C1构成RC滤波电路；
所述第二电阻R2和第二电容C2构成RC滤波电路；
所述第三电容C3接在两个输入信号线之间。
进一步地，所述隔离放大电路由隔离放大器实现。
进一步地，所述仪表放大电路包括第二电位器VR2、第一运放U2C、第二运放U2D、第三运放U2A以及外围电路；
所述第一运放U2C与所述调零电路的输出端连接，输出端与所述第三运放U2A连接；
所述第二运放U2D与所述隔离放大电路的输出端连接，输出端与所述第三运放U2A连接；
所述第二电位器VR2连接在所述第一运放U2C和所述第二运放U2D之间。
所述第一运放U2C和所述第二运放U2D及其外围电阻分别构成仪表运放电路的两个输入缓冲器，所述第三运放U2A及其外围电阻构成仪表运放电路的减法器。
进一步地，所述调零电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一电位器VR1和第六电容C6；
所述第三电阻R3、第四电阻R4和第一电位器VR1构成分压电路；
所述第六电容C6连接在所述第一电位器VR1的抽头端和地之间。
进一步地，所述电位器选用卧式封装结构，其调节旋钮进行加长，并铣有一个小平面与调节机构配合。
进一步地，所述危险侧电源和安全侧电源采用低压差线性稳压器电源芯片。
进一步地，所述危险侧电源包括第一电源芯片UP1、熔断器F1、第一限流电路和第二限流电路。
本实用新型实施例还提供一种气体探测器，所述气体探测器包括上述模拟信号隔离转换电路。
本实用新型实施例中的模拟信号隔离转换电路可以工作在比较恶劣的环境中，而且抗静电、浪涌、电磁辐射等干扰的能力较强，能够有效解决在易燃易爆等危险环境下对模拟电信号的隔离转换问题。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的模拟信号隔离转换电路的组成框图；
图2是本实用新型实施例提供的模拟信号隔离转换电路的电路原理图；
图3是本实用新型实施例提供的模拟信号隔离转换电路中危险侧电源的电路原理图；
图4是本实用新型实施例提供的模拟信号隔离转换电路中安全侧电源的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的模拟信号隔离转换电路的组成框图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
该模拟信号隔离转换电路可以应用在各种气体探测器中，包括危险侧滤波电路1、信号隔离放大电路2、仪表放大电路3、调零电路4、危险侧电源5和安全侧电源6。
传感器提供的模拟信号先要经过危险侧滤波电路1进行滤波处理，然后由信号隔离放大电路2进行隔离和放大，经隔离放大后的信号与调零电路4的调零信号构成一对差分信号接入仪表放大电路3，由两个电位器完成调零设置和放大倍数的调节，转换输出标准电压信号。
模拟信号隔离转换电路的具体实现电路如图2所示。
差分模拟信号Vs-in通过输入危险侧滤波电路1进行隔离放大前的滤波处理。其中，第一电阻R1、第一电容C1构成RC滤波电路，第二电阻R2、第二电容C2构成RC滤波电路，分别抑制共模干扰，第三电容C3接在两个输入信号线之间，抑制差模干扰。
经过滤波处理后的信号接入信号隔离放大电路2。
隔离放大由隔离放大器U1实现，其中，隔离放大器U1的1、2、3、4脚和电容C4构成隔离放大电路2的危险侧电路，5、6、7、8脚和电容C5构成隔离放大电路2的安全侧电路。隔离放大器U1的第1管脚VDD1为危险侧电源输入脚，接危险侧经过限流限压后的本安电源，由退耦电容C4滤除危险侧电源纹波；第2脚VIA管脚接输入信号正，第3脚VIB接输入信号负，第4脚GND1接本安电源地。第8管脚VDD2为安全侧电源脚，接安全侧的电源，电容C5为退耦电容滤除低侧电源纹波，第7管脚VOA为同相信号输出，第6管脚VOB为反相输出端，本实用新型实施例选用第7管脚的VOA同相信号，通过第十电阻R10下拉提高电路稳定性，通过第十一电阻R11后接入第二运放U2D的同相端。
仪表放大电路3包括第二电位器VR2、第一运放U2C、第二运放U2D、第三运放U2A以及外围电路。
第一运放U2C与调零电路4的输出端连接，输出端与第三运放U2A连接。第二运放U2D与隔离放大电路2的输出端连接，输出端与第三运放U2A连接。第二电位器VR2连接在第一运放U2C的和第二运放U2D之间。第一运放U2C和第二运放U2D及其外围电阻分别构成仪表运放电路的两个输入缓冲器，第三运放U2A及其外围电阻构成仪表运放电路的减法器。这两个输入缓冲器放大信号电压；来自这两个输入缓冲器的输出信号连接到减法器，该减法器单元抑制共模干扰。通过调节电位器VR2可改变仪表运放电路的放大倍数。电容E1为滤波电容，抑制上电瞬间脉冲干扰。
调零电路4由第三电阻R3、第四电阻R4、第一电位器VR1、第六电容C6构成，第三电阻R3、第四电阻R4和第一电位器VR1构成分压电路，取第一电位器VR1中间抽头的电压为调零信号，第六电容C6连接在第一电位器VR1的抽头端和地之间，起到滤波作用。第三电阻R3和第四电阻R4的作用是减少调零信号可调范围，从而第一电位器VR1旋钮1圈对应的调零电压变化范围减小，可以防止调零旋钮过度灵敏。
传感器信号经过隔离放大后的V1和调零信号V2构成差分信号，作为仪表放大电路3的输入信号，当V1=V2时输出Vs-out为零，第一电位器VR1用于调零，第二电位器VR2用于放大倍数设定，可通过改变电位器的阻值来改变仪表运放电路的放大倍数，从而将信号转换标准电压信号，实现标定功能。
为实现气体探测器可在现场调零和标定，第一电位器VR1、第二电位器VR2需要和调节的机构进行配合，当旋转调节机构时能带动第一电位器VR1、第二电位器VR2的旋钮转动，实现电位器阻值的调节。而一般封装的电位器不易实现，为此本实用新型实施例选用卧式封装的电位器，对电位器旋钮进行改造，将调节旋钮进行加长，并铣有一个小平面作为电位器旋钮和调节机构的配合面。
本实用新型实施例电源由危险侧电源5和安全测电源6构成。
隔离放大器U1的危险侧电源5由于对应是危险侧，电源必须为安全栅电路限流限压后的本安电流。
如图3所示，危险侧电源5由熔断器F1、电源芯片UP1及两组限流电路构成。
熔断器F1起限流作用，第一二极管D1、第二二极管D2为齐纳二极管连接在熔断器F1与地之间，起到限压作用。
第三二极管D3、第四二极管D4、第十八电阻R18、第一三极管Q1和第十九电阻R19构成一个限流电路，与熔断器F1为串联关系。第五二极管D5、第六二极管D6、第二十电阻R20、第二三极管Q2和第二十一电阻R21同样构成一个限流电路，与第三二极管D3、第四二极管D4、第十八电阻R18、第一三极管Q1和第十九电阻R19构成的限流电路成冗余。
齐纳二极管第一二极管D1限制电压不可高于7.5V，第二二极管D2和第一二极管D1构成冗余。
限流限压后的本安6V电压SV6.0接入电源芯片UP1的输入端1脚和使能端3脚，电容E2和电容C8并联在电压输入端与地之间，电容E3和电容C9连接在电压输出端与地之间。第一电源芯片UP1将本安6V电压转换成本安5V电压SVCC。
隔离放大器U1的安全侧电源6由于对应是安全侧，电源无需限流限压，只通过第二LDO电源芯片UP2将6V电压转换为5V电压V5.0，如图4所示。同属于安全侧的仪表运放电路3其运放芯片电源也取自该5V电压V5.0。
在本实用新型实施例中，第一电源芯片UP1、第二电源芯片UP2为低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）电源芯片。
本实用新型实施例中的模拟信号隔离转换电路可以工作在比较恶劣的环境中，而且抗静电、浪涌、电磁辐射等干扰的能力较强，能够有效解决在易燃易爆等危险环境下对模拟电信号的隔离转换问题。
应用本实用新型实施例的气体探测器可以应用在一些易燃易爆等危险环境中，可以有效监测生产过程中产生的有毒气体、可燃气体浓度，其测量精度、稳定性、可靠性都有很大的提高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述模拟信号隔离转换电路包括：
危险侧滤波电路；
与所述危险侧滤波电路连接的信号隔离放大电路；
与所述信号隔离放大电路连接的仪表放大电路；
与所述仪表放大电路连接的调零电路，以及
与所述信号隔离放大电路连接的危险侧电源和安全侧电源。
2.如权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述危险侧滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；
所述第一电阻R1和第一电容C1构成RC滤波电路；
所述第二电阻R2和第二电容C2构成RC滤波电路；
所述第三电容C3接在两个输入信号线之间。
3.如权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述隔离放大电路由隔离放大器实现。
4.如权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述仪表放大电路包括第二电位器VR2、第一运放U2C、第二运放U2D、第三运放U2A以及外围电路；
所述第一运放U2C与所述调零电路的输出端连接，输出端与所述第三运放U2A连接；
所述第二运放U2D与所述隔离放大电路的输出端连接，输出端与所述第三运放U2A连接；
所述第二电位器VR2连接在所述第一运放U2C和所述第二运放U2D之间。
所述第一运放U2C和所述第二运放U2D及其外围电阻分别构成仪表运放电路的两个输入缓冲器，所述第三运放U2A及其外围电阻构成仪表运放电路的减法器。
5.如权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述调零电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一电位器VR1和第六电容C6；
所述第三电阻R3、第四电阻R4和第一电位器VR1构成分压电路；
所述第六电容C6连接在所述第一电位器VR1的抽头端和地之间。
6.如权利要求4或5所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述电位器选用卧式封装结构，其调节旋钮进行加长，并铣有一个小平面与调节机构配合。
7.如权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述危险侧电源和安全侧电源采用低压差线性稳压器电源芯片。
8.如权利要求1或7所述的模拟信号隔离转换电路，其特征在于，所述危险侧电源包括第一电源芯片UP1、熔断器F1、第一限流电路和第二限流电路。
9.一种气体探测器，其特征在于，所述气体探测器包括权利要求1所述的模拟信号隔离转换电路。
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| CN104793687A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-22 | 广州三晶电气有限公司 | 一种变频器控制板调试电路 |
| CN106851048A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-06-13 | 北京中安科创科技发展有限公司 | 一种爆炸性环境用电气设备的模拟视频信号隔离电路 |
| CN112290916A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-01-29 | 四川泛华航空仪表电器有限公司 | 一种抗电磁干扰的小波模拟信号转化系统 |
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