CN203364846U - 一种信号调理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号调理装置，信号调理装置包括信号调理电路，信号调理电路包括：背板和一个以上的若干个信号调理板。信号调理板包括信号调理单元，外部的电流和/或电压信号，以及转矩/或转速信号经过外部的传感器和转换器处理转换为电流信号输入至信号调理板，经过信号调理单元处理转换成电压信号。背板与信号调理板相连，电压信号通过背板输出至测量系统。本实用新型解决了现有技术存在的抗干扰能力差、连接复杂、布局混乱的技术问题。

Description

一种信号调理装置

技术领域

本实用新型涉及一种电气设备，尤其是涉及一种集传感器供电于一体的插板式便携信号调理装置。

背景技术

信号调理环节是将各类传感器输出的信号转变为数据采集（DAQ）系统可以识别的信号。目前，在现有技术中通用的信号调理环节使用若干信号调理板来实现，信号调理板直接固定在测试台内，对外以导线形式进行连接，传感器供电相关回路与信号调理回路完全分离。这种未作任何屏蔽或结构上的处理的信号调理系统有如下缺陷：

（1）抗干扰能力差、稳定性差；

（2）对外连接复杂、分散，不利于信号的集中处理；

（3）结构混乱，一旦出现故障，很难找到问题产生的根源；

（4）传感器供电电源回路与调理回路完全分离。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种信号调理装置，解决现有技术存在的抗干扰能力差、连接复杂、布局混乱的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型具体提供了一种信号调理装置的技术实现方案，一种信号调理装置，包括信号调理电路，所述信号调理电路包括：背板和一个以上的若干个信号调理板。所述信号调理板包括信号调理单元，外部的电流和/或电压信号，以及转矩/或转速信号经过外部的传感器和转换器处理转换为电流信号输入至所述信号调理板，经过所述信号调理单元处理转换成电压信号。所述背板与所述信号调理板相连，所述电压信号通过所述背板输出至测量系统。

本实用新型还具体提供了信号调理装置的另一种技术实现方案，一种信号调理装置，包括信号调理电路、电压和/或电流传感器、转矩和/或转速传感器和频率/电流转换器。所述信号调理电路包括：背板和一个以上的若干个信号调理板，所述信号调理板包括信号调理单元。外部的电流和/或电压信号经过所述电压和/或电流传感器转换成电流信号输入至所述信号调理板。外部的转矩/或转速信号经过所述转矩和/或转速传感器转换成频率信号，再经过所述频率/电流转换器转换为电流信号输入至所述信号调理板。所述电流信号经过所述信号调理单元处理转换成电压信号，所述背板与所述信号调理板相连，所述电压信号通过所述背板输出至测量系统。

优选的，所述信号调理装置还包括滤波电路，所述滤波电路分别与所述信号调理电路和测量系统相连。所述滤波电路对信号调理电路输出的电压信号进行滤波处理后输出至所述测量系统。

优选的，所述滤波电路进一步采用高通滤波器或低通滤波器或带通滤波器结构。

优选的，所述信号调理单元进一步包括电阻和电容。所述电阻与电容并联，所述电流信号从所述电阻的两端输入，再从所述电容的两端输出电压信号。

优选的，所述信号调理板还包括信号输入接口，所述信号输入接口采用四芯接口，分别为输入信号、电源正、电源负和地。

优选的，所述信号调理装置还包括开关电源。信号调理板和背板上的电源正、电源负和地均与开关电源相连。

优选的，所述背板包括背板输入接口和信号输出接口。所述背板输入接口与所述信号输出接口相连，所述信号调理板还包括信号调理板输出接口，所述信号调理板通过所述信号调理板输出接口插接在所述背板的背板输入接口上。

优选的，所述信号调理装置还包括输出插座，所述输出插座与所述背板的信号输出接口相连。

优选的，所述信号调理装置通过所述信号调理板的信号输入接口对所述外部的传感器和/或转换器，或是所述信号调理装置内部的电压和/或电流传感器、转矩和/或转速传感器、频率/电流转换器进行集中供电。

通过实施上述本实用新型提供的一种信号调理装置，具有如下技术效果：

（1）该实用新型可以很好的克服目前通用的信号调理环节中存在的抗干扰能力差、连接复杂、布局混乱的技术问题；

（2）本实用新型集外部连接传感器供电电源于一体，对外只留相应接口，通道数量可以根据自己的需要进行扩展，使用人员只需将相应的传感器接入选定的通道，焊接好对应的采样电阻，便可在机箱的输出接口上获取自己所需信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式的系统结构框图；

图2是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中信号调理板单个信号调理单元的电路原理图；

图3是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中信号调理板的电路原理图1部分；

图4是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中信号调理板的电路原理图2部分；

图5是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中信号调理板输出接口电路原理图；

图6是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式的外部接口示意图；

图7是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式的结构示意图；

图8是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中背板的部分电路原理图；

图9是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中背板输入接口的电路原理图；

图10是本实用新型信号调理装置一种具体实施方式中背板输入接口的整体电路原理图；

图11是本实用新型信号调理装置另一种具体实施方式的系统结构框图；

图12是本实用新型信号调理装置第三种具体实施方式的系统结构框图；

图中：1-信号调理装置，2-信号调理电路，3-电压和/或电流传感器，4-转矩和/或转速传感器，5-频率/电流转换器，6-测量系统，7-滤波电路，21-信号调理单元，22-信号调理板输出接口，23-信号输入接口，24-开关电源，25-背板输入接口，26-信号输出接口，27-信号调理板，28-背板，29-输出插座。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

DAQ：数据采集；

I/O：输入/输出。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1至附图12所示，给出了本实用新型一种信号调理装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如附图1和附图7所述的一种信号调理装置的具体实施方式，信号调理装置包括信号调理电路2，信号调理电路2进一步包括：背板28和一个以上的若干个信号调理板27。信号调理板27包括信号调理单元21，外部的电流和/或电压信号，以及转矩/或转速信号经过外部的传感器和转换器处理转换为电流信号输入至信号调理板27，经过信号调理单元21处理转换成电压信号。背板28与信号调理板27相连，电压信号通过背板28输出至测量系统6。外部的电流和/或电压信号经过电压和/或电流传感器3转换成电流信号输入至信号调理板27。外部的转矩/或转速信号经过转矩和/或转速传感器4转换成频率信号，再经过频率/电流转换器5转换为电流信号输入至信号调理板27。

本实用新型信号调理装置的框架如下：

（1）被试对象（交直流电压和/或电流信号）经过电压和/或电流传感器3转换变成对应的电流信号；

（2）被试对象（转矩和/或转速）经过转矩和/或转速传感器4转换变成对应的频率信号；

（3）转矩和/或转速传感器4输出的频率信号经过频率/电流转换器5转换为对应的电流信号；

（4）电流信号经过信号调理电路2变成对应的电压信号；

（5）调理后信号送入测量系统6进行后期处理。

如附图2所示，输入的电流信号

施加在电阻R的两端，电容C₁和电容C₂并联后再与电阻R₁串联后与电阻R并联，从由电容C₁和电容C₂组成的电容C的两端获取输出电压信号

从而完成输入电流信号

至输出电压信号

的信号调理。具体实施方式中的信号调理电路设计主要采用了旁路电容法，对回路进行分析，由基尔霍夫电流定律，可得：

$\stackrel{\·}{I}=(\frac{\stackrel{\·}{U}}{1/\mathrm{j\ωC}}\·R_1+\stackrel{\·}{U})/R+\stackrel{\·}{U}/\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}$

$\stackrel{\·}{I}=\stackrel{\·}{U}(\mathrm{j\ω}{\mathrm{CR}}_1+1)/R+\mathrm{j\ωC}\stackrel{\·}{U}$

$=\stackrel{\·}{U}[(\mathrm{j\ω}{\mathrm{CR}}_1+1)/R+\mathrm{j\ωC}]$

则：

$\stackrel{\·}{I}=\stackrel{\·}{U}[(\mathrm{j\ωC}(R_1+R)+1)/R]$

$\stackrel{\·}{I}/\stackrel{\·}{U}=\frac{1}{R}+\frac{\mathrm{j\ωC}(R+R_1)}{R}$

输入电流与输出电压倍数比为

其中，j为频域的附属表现形式，ω为角频率。

由公式可得出，如果R₁取值太大，R₁=1MΩ=1*10⁶Ω，电容取10^-6F，则，通常检测试验产品：ω=2πf=2π*(50Hz～10kHz)，可以看到，调理后电压衰减严重，而且与ω关系不大，并不能起到抑制高频干扰的作用。故R₁取1MΩ不可行，R₁最好为0Ω。因此，作为本实用新型一种较佳的实施方式，信号调理单元21进一步包括电阻R和电容C。电阻R与电容C并联，电流信号从电阻R的两端输入，再从电容C的两端输出电压信号。

如附图3和附图7所示，信号调理板27还进一步包括信号输入接口23，信号输入接口23采用四芯接口，分别为输入信号（I）、电源正（+24V）、电源负（-24V）和地（GND）。信号调理装置还进一步包括开关电源24，信号调理板27和背板28上的电源正、电源负和地均与开关电源24相连。信号调理装置通过信号调理板27的信号输入接口23对外部的传感器和/或转换器进行集中供电。信号调理装置通常包含了不同的外部传感器供电电源，而本实用新型具体实施方式描述的技术方案将其集中于一体进行供电，有利于将外部信号电平统一，提高采集的可靠性。

如附图5、6、8、9和10所示，背板28进一步包括背板输入接口25和信号输出接口26。背板输入接口25与信号输出接口26相连，信号调理板27还包括信号调理板输出接口22。信号调理板27采用插板形式，信号调理板27通过信号调理板输出接口22插接在背板28的背板输入接口25上。本实用新型具体实施方式描述的技术方案采用4U或3U机壳，标准4U机箱及3U电路板的插拔式结构框架。背板28采用总线形式，根据使用需求，可以配置不同的插板。而目前通用的信号调理设备大都采用导线连接的形式。

如附图6和7所示，信号调理装置还进一步包括输出插座29，输出插座29与背板28的信号输出接口26相连。作为一种典型的实施方式，输出插座29采用多芯圆形插座。本实用新型具体实施方式描述的技术方案将所有外部信号进行集中，通过不同的、隔离的通道进行调理，对外留出I/O通道。若包括电压和/或电流传感器3、转矩和/或转速传感器4、频率/电流转换器5在内的信号采集设备内置，则信号调理装置对外部只留信号输入接口及通讯接口，若信号采集设备外置，则对外留出信号输入输出接口。本实用新型描述的技术方案无需改动装置的内部连线，节省了劳力，可以根据需求增加或减少内部插板的数量，即可改变通道的数量，通道扩展方式简便可靠。

如附图11所示本实用新型信号调理装置的另一种具体实施方式，信号调理装置包括信号调理电路2、电压和/或电流传感器3、转矩和/或转速传感器4和频率/电流转换器5。信号调理电路进一步包括：背板28和一个以上的若干个信号调理板27，信号调理板27包括信号调理单元21。外部的电流和/或电压信号经过电压和/或电流传感器3转换成电流信号输入至信号调理板27，外部的转矩/或转速信号经过转矩和/或转速传感器4转换成频率信号，再经过频率/电流转换器5转换为电流信号输入至信号调理板27。电流信号经过信号调理单元21处理转换成电压信号，背板28与信号调理板27相连，电压信号通过背板28输出至测量系统6。此时，信号调理装置通过信号调理板27的信号输入接口23对信号调理装置内部的电压和/或电流传感器3、转矩和/或转速传感器4、频率/电流转换器5进行集中供电。

如附图12所示本实用新型信号调理装置的第三种具体实施方式，在第一实施例和第二实施例的基础上，信号调理装置还进一步包括滤波电路7。滤波电路7分别与信号调理电路2和测量系统6相连，滤波电路7对信号调理电路2输出的电压信号进行滤波处理后输出至测量系统6。滤波电路7可以进一步采用高通滤波器或低通滤波器或带通滤波器结构。

本实用新型具体实施方式描述的技术方案可以很好的克服目前通用的信号调理装置存在的抗干扰能力差、连接复杂、布局混乱等技术问题。另外信号调理装置集外部连接传感器供电电源于一体，对外只留相应接口，通道数量可以根据自己的需要进行扩展，使用人员只需将相应的传感器接入选定的通道，焊接好对应的采样电阻，便可在装置的机箱输出接口上获取自己所需的信号，通用性和灵活性极强，可以根据具体需要随意进行功能和接口的扩展。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种信号调理装置，其特征在于，所述信号调理装置包括信号调理电路（2），所述信号调理电路（2）包括：背板（28）和一个以上的若干个信号调理板（27），所述信号调理板（27）包括信号调理单元（21），外部的电流和/或电压信号，以及转矩/或转速信号经过外部的传感器和转换器处理转换为电流信号输入至所述信号调理板（27），经过所述信号调理单元（21）处理转换成电压信号，所述背板（28）与所述信号调理板（27）相连，所述电压信号通过所述背板（28）输出至测量系统（6）。

2.一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理装置包括信号调理电路（2）、电压和/或电流传感器（3）、转矩和/或转速传感器（4）和频率/电流转换器（5），所述信号调理电路（2）包括：背板（28）和一个以上的若干个信号调理板（27），所述信号调理板（27）包括信号调理单元（21），外部的电流和/或电压信号经过所述电压和/或电流传感器（3）转换成电流信号输入至所述信号调理板（27），外部的转矩/或转速信号经过所述转矩和/或转速传感器（4）转换成频率信号，再经过所述频率/电流转换器（5）转换为电流信号输入至所述信号调理板（27），所述电流信号经过所述信号调理单元（21）处理转换成电压信号，所述背板（28）与所述信号调理板（27）相连，所述电压信号通过所述背板（28）输出至测量系统（6）。

3.根据权利要求1或2所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理装置还包括滤波电路（7），所述滤波电路（7）分别与所述信号调理电路（2）和测量系统（6）相连，所述滤波电路（7）对信号调理电路（2）输出的电压信号进行滤波处理后输出至所述测量系统（6）。

4.根据权利要求3所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述滤波电路（7）采用高通滤波器或低通滤波器或带通滤波器结构。

5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理单元（21）包括电阻（R）和电容（C），所述电阻（R）与电容（C）并联，所述电流信号从所述电阻（R）的两端输入，再从所述电容（C）的两端输出电压信号。

6.根据权利要求5所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理板（27）还包括信号输入接口（23），所述信号输入接口（23）采用四芯接口，分别为输入信号、电源正、电源负和地。

7.根据权利要求6所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理装置还包括开关电源（24），信号调理板（27）和背板（28）上的电源正、电源负和地均与开关电源（24）相连。

8.根据权利要求7所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述背板（28）包括背板输入接口（25）和信号输出接口（26），所述背板输入接口（25）与所述信号输出接口（26）相连，所述信号调理板（27）还包括信号调理板输出接口（22），所述信号调理板（27）通过所述信号调理板输出接口（22）插接在所述背板（28）的背板输入接口（25）上。

9.根据权利要求8所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理装置还包括输出插座（29），所述输出插座（29）与所述背板（28）的信号输出接口（26）相连。

10.根据权利要求6、7、8、9中任一权利要求所述的一种信号调理装置，其特征在于：所述信号调理装置通过所述信号调理板（27）的信号输入接口（23）对所述外部的传感器和/或转换器，或是所述信号调理装置内部的电压和/或电流传感器（3）、转矩和/或转速传感器（4）、频率/电流转换器（5）进行集中供电。

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