CN203838219U - 一种模拟电信号的隔离检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种模拟电信号的隔离检测装置，该装置包括用于输出第一参考电压的第一参考电压产生电路、将模拟电信号与所述第一参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输入处理电路、将反相放大后的模拟电信号中的电压信号转换为电流信号且将该电流信号转换为电压信号的线性光耦隔离电路、用于输出第二参考电压的第二参考电压产生电路以及将上述电压信号与第二参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输出处理电路。仅采用单个线性光耦实现了交直流信号的隔离检测功能，同时交直流信号可以使用同一通道进行检测，该技术方案达到了体积小、重量轻、成本低并且便于大规模生产的效果，同时实现了线性光耦的单电源供电，从而降低了功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电信号采集处理技术，尤其涉及一种模拟电信号的隔离检测装置。
背景技术
现有的电信号隔离检测电路，一般交流使用电压互感器或电流互感器，直流使用霍尔传感器或线性光耦，直流检测一般使用一个线性光耦就可以实现。近几年，由于便携式设备的逐渐增多，交流隔离检测技术也出现了使用线性光耦实现隔离检测。目前，线性光耦隔离检测电路一般使用两个线性光耦，并且光耦两端都需要双电源供电，如图1所示，在交流信号的正半周期，运算放大器U1A驱动光耦U9导通，将交流信号的正半周期传输到线性光耦的另一侧；而负半周期时，运算放大器U1B驱动光耦U21导通，将交流信号的负半周期传输到光耦另一侧；两个光耦传输过来的信号叠加后，由运算放大器U2A放大并输出。该电路中光耦两侧均使用双电源供电，也就是说，光耦一侧的双电源分别为VCC1和-VCC1，即正负两个电源，光耦另一侧的双电源分别为VCC2和-VCC2，即正负两个电源。
上述的信号隔离检测电路，电压和电流互感器体积大，重量也大，不利于便携式的应用场合，并且不能隔离直流信号；霍尔传感器体积大，价格高，并且在量程5%以下的时候，精度和线性度均较差，虽然目前有些霍尔传感器解决了小信号的问题，但是价格因素却导致其难以大规模的使用；而现有的线性光耦隔离检测技术，在直流的情况下使用单个光耦，在交流的情况下却使用两个光耦，成本较高，且不能满足便携式设备同一检测通道既要测量交流信号，又要测量直流信号的要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术不利于便携、成本高及无法使用同一检测通道检测和隔离交直流等的缺陷，提供体积小、成本低以及用同一检测通道检测和隔离交直流的模拟电信号的隔离检测装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种模拟电信号的隔离检测装置，所述装置包括用于输出第一参考电压的第一参考电压产生电路、将模拟电信号与所述第一参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输入处理电路、将上述反相放大后的模拟电信号中的电压信号转换为电流信号且将该电流信号转换为所述电压信号的线性光耦隔离电路、用于输出第二参考电压的第二参考电压产生电路以及将上述电压信号与所述第二参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输出处理电路，其中，所述第一参考电压产生电路与所述信号输入处理电路连接，所述信号输入处理电路与所述线性光耦隔离电路连接，所述信号输出处理电路分别与所述线性光耦隔离电路和所述第二参考电压产生电路连接。
优选地，所述第一参考电压产生电路包括运算放大器U1B、电阻 R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电源VCC1，其中，运算放大器U1B的正极输入端分别与电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别连接电源VCC1，电容C2的另一端和电阻R4的另一端分别接地，运算放大器U1B的负极输入端与运算放大器U1B的输出端连接。
优选地，所述信号输入处理电路包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C3、电源VCC1以及输入信号SIG_IN，其中，运算放大器U1A的负极输入端分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及电容C3的一端，电阻R1的另一端用于输入所述输入信号SIG_IN，运算放大器U1A的正极输入端与运算放大器U1B的输出端相连接，运算放大器U1A的电源端连接电源VCC1，运算放大器U1A的接地端接地，电阻R2的另一端和电容C3的另一端分别连接运算放大器U1A的输出端。
优选地，所述线性光耦隔离电路包括光电耦合器U3、电阻R5、电阻R6、电源VCC1以及电源VCC2，其中，光电耦合器U3包括发光二极管和光敏器件，所述发光二极管的阳极连接电源VCC1，所述发光二极管的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U1A的输出端，光敏器件的集电极通过电阻R6连接电源VCC2，光敏器件的发射极接地。
优选地，所述第二参考电压产生电路包括运算放大器U4B、电阻 R9、电阻R10、电容C4、电容C5和电源VCC2，其中，运算放大器U4B的正极输入端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、电阻R9的一端以及电阻R10的一端连接，电容C4的另一端和电阻R9的另一端分别连接电源VCC2，电容C5的另一端和电阻R10的另一端分别接地，运算放大器U4B的负极输入端与运算放大器U4B的输出端连接。
优选地，所述信号输出处理电路包括运算放大器U4A、电阻R7、电阻R8、电容C6、电源VCC2以及输出信号SIG_OUT，其中，运算放大器U4A的负极输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端以及电容C6的一端，电阻R7的另一端连接光敏器件的集电极，运算放大器U4A的正极输入端分别连接运算放大器U4B的输出端，运算放大器U4A的电源端连接电源VCC2，运算放大器U4A的接地端接地，电阻R8的另一端和电容C6的另一端分别连接运算放大器U4A的输出端，运算放大器U4A的输出端用于输出所述输出信号SIG_OUT。
优选地，所述光电耦合器U3的型号为TLP114。
优选地，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U4A、运算放大器U4B的型号均为AD642SH。
优选地， 所述模拟电信号包括交流信号和直流信号。
实施本实用新型的技术方案,具有以下有益效果：仅采用单个线性光耦实现了交直流信号的隔离检测功能，同时交直流信号可以使用同一通道进行检测，该技术方案达到了体积小、重量轻、成本低并且便于大规模生产的效果，同时实现了线性光耦的单电源供电，从而降低了功耗。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是现有技术模拟电信号的隔离检测的电路图；
图2是本实用新型模拟电信号的隔离检测装置的结构示意图；
图3是本实用新型模拟电信号的隔离检测装置的电路图。
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。
请参阅图2，图2是本实用新型模拟电信号的隔离检测装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括第一参考电压产生电路101、与第一参考电压产生电路101连接的信号输入处理电路102，与信号输入处理电路102连接的线性光耦隔离电路103、第二参考电压产生电路104以及分别与线性光耦隔离电路103和第二参考电压产生电路104连接的信号输出处理电路105。
请结合参阅图3，图3是本实用新型模拟电信号的隔离检测装置的电路图，如图3所示，下面主要根据图2的电路图具体介绍该装置中各个电路的结构和作用。
第一参考电压产生电路101，用于输出第一参考电压，在图3中，通过两个等值电阻R3、电阻R4和运算放大器U1B产生第一参考电压，其中，该第一参考电压的电压值为 ，实现了运放的单电源供电。
在本实施例中，第一参考电压产生电路101包括运算放大器U1B、电阻 R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电源VCC1，其中，运算放大器U1B的正极输入端分别与电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别连接电源VCC1，电容C2的另一端和电阻R4的另一端分别接地，运算放大器U1B的负极输入端与运算放大器U1B的输出端连接。
信号输入处理电路102，将所输入的模拟电信号与所述第一参考电压之间的电压差进行反相放大；其中，所述模拟电信号包括交流信号和直流信号。在图2中，所输入的模拟电信号记为输入信号SIG_IN。
在本实施例中，所述信号输入处理电路包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C3、电源VCC1以及输入信号SIG_IN，其中，运算放大器U1A的负极输入端分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及电容C3的一端，电阻R1的另一端用于输入输入信号SIG_IN，运算放大器U1A的正极输入端分别连接运算放大器U1B的负极输入端与运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1A的电源端连接电源VCC1，运算放大器U1A的接地端接地，电阻R2的另一端和电容C3的另一端分别连接运算放大器U1A的输出端。
针对信号输入处理电路来说，将输入信号SIG_IN与第一参考电压之间的电压差进行放大时，当SIG _IN大于第一参考电压时，运算放大器U1A输出电压在和之间[admin1] ；当SIG _IN小于第一参考电压时，运算放大器U1A的输出电压在和VCC1之间；当SIG_IN等于第一参考电压时，运算放大器U1A的输出电压为。
线性光耦隔离电路103，将上述反相放大后的模拟电信号中的电压信号转换为电流信号且将该电流信号转换为电压信号；在图3中，经过电阻R5限流，将反相放大后的模拟电信号中的电压信号转换成电流信号，电流信号由发光二极管传输到光敏器件，再经过电阻R6，将电流信号转换成电压信号,然后传输给信号输出处理电路105。值得注意的是，在本实施例中，仅使用一个线性光耦，体积小、重量轻，便于大规模的应用，并且仅需要一个线性光耦就可以实现模拟电信号的隔离检测，适用范围广以及电路结构简单，从而降低了成本。
在本实施例中，所述线性光耦隔离电路包括光电耦合器U3、电阻R5、电阻R6、电源VCC1以及电源VCC2，其中，光电耦合器U3包括发光二极管和光敏器件，所述发光二极管的阳极连接电源VCC1，所述发光二极管的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U1A的输出端，光敏器件的集电极通过电阻R6连接电源VCC2，光敏器件的发射极接地。在本实施例中，上述光电耦合器U3的型号为TLP114。
第二参考电压产生电路104，用于输出第二参考电压；在图3中，通过两个等值电阻R9、电阻R10和运算放大器U4B产生第二参考电压，该第二参考电压的电压值为，实现了运放的单电源供电。
在本实施例中，所述第二参考电压产生电路104包括运算放大器U4B、电阻 R9、电阻R10、电容C4、电容C5和电源VCC2，其中，运算放大器U4B的正极输入端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、电阻R9的一端以及电阻R10的一端连接，电容C4的另一端和电阻R9的另一端分别连接电源VCC2，电容C5的另一端和电阻R10的另一端分别接地，运算放大器U4B的负极输入端与运算放大器U4B的输出端连接。
信号输出处理电路105，将上述电压信号与所述第二参考电压之间的电压差进行反相放大。应当解释的是，线性光耦隔离电路103所传输的电压信号与第二参考电压的电压差进行反相放大，实质上是将信号输入处理电路中输入信号SIG_IN反相放大的相位进行还原，同时另一方面增加了输出电路的驱动能力。
在本实施例中，所述信号输出处理电路包括运算放大器U4A、电阻R7、电阻R8、电容C6、电源VCC2以及输出信号SIG_OUT，其中，运算放大器U4A的负极输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端以及电容C6的一端，电阻R7的另一端连接光敏器件的集电极，运算放大器U4A的正极输入端分别连接运算放大器U4B的负极输入端与运算放大器U4B的输出端，运算放大器U4A的电源端连接电源VCC2，运算放大器U4A的接地端接地，电阻R8的另一端和电容C6的另一端分别连接运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的输出端用于输出输出信号SIG_OUT。
值得注意的是，在本实施例中，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U4A、运算放大器U4B的型号均为AD642SH。
相较于现有技术，仅采用单个线性光耦实现了交直流信号的隔离检测功能，同时交直流信号可以使用同一通道进行检测，该技术方案达到了体积小、重量轻、成本低且便于大规模生产的效果，同时实现了线性光耦的单电源供电，从而降低了功耗。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述装置包括用于输出第一参考电压的第一参考电压产生电路、将模拟电信号与所述第一参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输入处理电路、将上述反相放大后的模拟电信号中的电压信号转换为电流信号且将该电流信号转换为所述电压信号的线性光耦隔离电路、用于输出第二参考电压的第二参考电压产生电路以及将上述电压信号与所述第二参考电压之间的电压差进行反相放大的信号输出处理电路，其中，所述第一参考电压产生电路与所述信号输入处理电路连接，所述信号输入处理电路与所述线性光耦隔离电路连接，所述信号输出处理电路分别与所述线性光耦隔离电路和所述第二参考电压产生电路连接。
2.根据权利要求1所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述第一参考电压产生电路包括运算放大器U1B、电阻 R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电源VCC1，其中，运算放大器U1B的正极输入端分别与电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别连接电源VCC1，电容C2的另一端和电阻R4的另一端分别接地，运算放大器U1B的负极输入端与运算放大器U1B的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述信号输入处理电路包括运算放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电容C3、电源VCC1以及输入信号SIG_IN，其中，运算放大器U1A的负极输入端分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及电容C3的一端，电阻R1的另一端用于输入所述输入信号SIG_IN，运算放大器U1A的正极输入端与运算放大器U1B的输出端相连接，运算放大器U1A的电源端连接电源VCC1，运算放大器U1A的接地端接地，电阻R2的另一端和电容C3的另一端分别连接运算放大器U1A的输出端。
4.根据权利要求3所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述线性光耦隔离电路包括光电耦合器U3、电阻R5、电阻R6、电源VCC1以及电源VCC2，其中，光电耦合器U3包括发光二极管和光敏器件，所述发光二极管的阳极连接电源VCC1，所述发光二极管的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U1A的输出端，光敏器件的集电极通过电阻R6连接电源VCC2，光敏器件的发射极接地。
5.根据权利要求4所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述第二参考电压产生电路包括运算放大器U4B、电阻 R9、电阻R10、电容C4、电容C5和电源VCC2，其中，运算放大器U4B的正极输入端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、电阻R9的一端以及电阻R10的一端连接，电容C4的另一端和电阻R9的另一端分别连接电源VCC2，电容C5的另一端和电阻R10的另一端分别接地，运算放大器U4B的负极输入端与运算放大器U4B的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述信号输出处理电路包括运算放大器U4A、电阻R7、电阻R8、电容C6、电源VCC2以及输出信号SIG_OUT，其中，运算放大器U4A的负极输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端以及电容C6的一端，电阻R7的另一端连接光敏器件的集电极，运算放大器U4A的正极输入端分别连接运算放大器U4B的输出端，运算放大器U4A的电源端连接电源VCC2，运算放大器U4A的接地端接地，电阻R8的另一端和电容C6的另一端分别连接运算放大器U4A的输出端，运算放大器U4A的输出端用于输出所述输出信号SIG_OUT。
7.根据权利要求4所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，所述光电耦合器U3的型号为TLP114。
8.根据权利要求6所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U4A、运算放大器U4B的型号均为AD642SH。
9.根据权利要求1所述的模拟电信号的隔离检测装置，其特征在于, 所述模拟电信号包括交流信号和直流信号。
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