RU2642807C1 - System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) - Google Patents
System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642807C1 RU2642807C1 RU2016144377A RU2016144377A RU2642807C1 RU 2642807 C1 RU2642807 C1 RU 2642807C1 RU 2016144377 A RU2016144377 A RU 2016144377A RU 2016144377 A RU2016144377 A RU 2016144377A RU 2642807 C1 RU2642807 C1 RU 2642807C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- wire
- node
- wire line
- receiving
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к устройствам передачи сигналов от аналоговых датчиков к измерительной системе и может использоваться в стационарных комплексах непрерывного контроля таких величин, как вибрация, угловая скорость, давление, температура, пульсации давления, звук, динамические силы, изменения магнитного и электрического поля и т.п.The present invention relates to devices for transmitting signals from analog sensors to a measuring system and can be used in stationary complexes for continuous monitoring of such quantities as vibration, angular velocity, pressure, temperature, pressure pulsations, sound, dynamic forces, changes in magnetic and electric fields, etc. P.
Многие первичные измерительные преобразователи физических величин в электрические сигналы могут подключаться к измерительной аппаратуре по двухпроводной линии. Это требует минимального количества соединительных проводов и контактов в соединительных элементов, если они используются. Этот типично для датчиков, не содержащих встроенной электроники (зарядовые пьезоэлектрические акселерометры, индукционные велосиметры и т.п.), но отсутствие формирования сигналов в непосредственной близости от первичного измерительного преобразователя при передаче на значительное расстояние не обеспечивает удовлетворительной помехоустойчивости. Использование встроенной электроники в датчике обеспечивает улучшение параметров, но может потребовать дополнительных шин питания, что увеличивает затраты на количество соединительных линий и количество контактов входных соединителей (клеммников или разъемов) измерительной аппаратуры, снижая ее надежность, а также увеличивая габариты, вес и стоимость.Many primary measuring converters of physical quantities into electrical signals can be connected to measuring equipment via a two-wire line. This requires a minimum number of connecting wires and contacts in the connecting elements, if used. This is typical for sensors that do not contain integrated electronics (charge piezoelectric accelerometers, induction cycle meters, etc.), but the lack of signal formation in the immediate vicinity of the primary transducer when transmitting over a considerable distance does not provide satisfactory noise immunity. The use of built-in electronics in the sensor improves the parameters, but may require additional power buses, which increases the cost of the number of connecting lines and the number of contacts of the input connectors (terminal blocks or connectors) of the measuring equipment, reducing its reliability, as well as increasing the dimensions, weight and cost.
В настоящее время выпускается большое количество датчиков вибрации, давления, магнитного поля, температуры и т.п., выполненных по технологии MEMs, имеющих общий вывод, вывод питания и выход аналогового сигнала, величина сигнала на котором линейно зависит от измеряемой физической величины, и при нулевом внешнем воздействии имеющих напряжение, близкое или равное половине напряжения питания. Интерфейс, называемый логометрическим (ratiometric), такого датчика требует трехпроводного соединения, что ограничивает возможности их использования в системах распределенного контроля, поскольку требует большого количества контактных соединений в разъемах или клеммниках, большое количество проводов, что увеличивает габариты и стоимость систем.At present, a large number of vibration, pressure, magnetic field, temperature, etc. sensors are produced, made using MEMs technology, having a common output, power output, and output of an analog signal, the signal magnitude of which linearly depends on the measured physical quantity, and at zero external impact having a voltage close to or equal to half the supply voltage. The interface, called ratiometric, of such a sensor requires a three-wire connection, which limits the possibility of their use in distributed control systems, since it requires a large number of contact connections in connectors or terminal blocks, a large number of wires, which increases the size and cost of the systems.
Известны системы передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом (например, вибрации - акселерометры, или акустического сигнала - микрофоны) с передачей сигнала и питания по двухпроводной линии соответствующие интерфейсу IEPE и его аналогам. В этом интерфейсе в измерительном приборе используют генератор постоянного тока, питаемый от источника постоянного напряжения и подключаемый к датчику с аналоговым выходом через первый провод к выводу питания/сигнала, а второй провод линии является общим [Felix Levinzon. Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics. Springer, 5 edition (August 6, 2014), 169 pages]. Недостатком такой системы является необходимость использования сравнительно большого напряжения питания (обычно порядка 24 Вольт), что, даже при низком значении тока питания (2 мА), приводит к значительной потребляемой мощности, снижает надежность из-за необходимости использования элементов, рассчитанных на высокое напряжение и плохо согласуется с типовыми требованиями по питанию датчиков, выполненных по МЭМС (MEMs) технологии. Кроме того, минимальный ток питания в 2 мА часто недостаточен для питания датчиков MEMs. Выходное напряжение датчика при отсутствии измерительного сигнала порядка 10-14 вольт и при подаче на выход напряжения питания выше указанной величины, например при повреждении генератора тока или ошибке монтажа, приводит к повреждению датчика. Работа датчиков такого типа основана на изменении сопротивления в цепи постоянного тока, пропорционально измеряемой величине и передаче по линии напряжения, контролируемого на выходе системы передачи аналогового сигнала.Known systems for transmitting signals from sensors with an analog output (for example, vibration — accelerometers, or acoustic signals — microphones) with signal and power transmission via a two-wire line corresponding to the IEPE interface and its analogs. In this interface, the measuring device uses a direct current generator, powered from a constant voltage source and connected to a sensor with an analog output through the first wire to the power / signal output, and the second line wire is common [Felix Levinzon. Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics. Springer, 5 edition (August 6, 2014), 169 pages]. The disadvantage of this system is the need to use a relatively large supply voltage (usually about 24 volts), which, even with a low supply current (2 mA), leads to significant power consumption, reduces reliability due to the need to use elements designed for high voltage and poorly consistent with typical power requirements for sensors made by MEMS technology. In addition, a minimum supply current of 2 mA is often insufficient to power MEMs. The output voltage of the sensor in the absence of a measuring signal of the order of 10-14 volts and when the supply voltage is higher than the specified value, for example, if the current generator is damaged or an installation error, leads to damage to the sensor. The operation of sensors of this type is based on a change in the resistance in the DC circuit, proportional to the measured value and transmission through the voltage line, controlled at the output of the analog signal transmission system.
Известно решение передачи сигналов датчика по двухпроводной линии, в котором сигнал передается по сигнальной линии на приемник сигнала, причем на стороне приемника сигнала линия передачи сигнала соединена с входом приемника сигналов через конденсатор, а общая шина приемника сигналов соединена с общей шиной датчика [Patent US 3356868, НПК 310/3187, МПК G01P 15/09; H03F 3/70, приор. 1963, публ. 1967]. Недостатком такого решения является необходимость использования встроенного в датчик источника питания.There is a known solution for transmitting sensor signals over a two-wire line in which a signal is transmitted along a signal line to a signal receiver, wherein, on the signal receiver side, a signal transmission line is connected to the input of the signal receiver via a capacitor, and a common signal receiver bus is connected to a common sensor bus [Patent US 3356868 , NPK 310/3187, IPC G01P 15/09;
Известны системы передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом, использующие датчики с встроенным согласующим усилителем, который соединяется с приемником сигнала трехпроводной линией связи, включающей в себя общую шину, шину питания и шину передачи сигнала [Patent US 3389276, НПК 310/319, МПК G01P 15/09, приор. 1965, публ. 1968].Known systems for transmitting signals from sensors with an analog output using sensors with an integrated matching amplifier that connects to the signal receiver with a three-wire communication line that includes a common bus, power bus and signal transmission bus [Patent US 3389276, NPK 310/319, IPC G01P 09/15, prior. 1965, publ. 1968].
Недостатком такого решения является необходимость использования трехпроводной линии для подключения датчика, что существенно увеличивает затраты на них.The disadvantage of this solution is the need to use a three-wire line to connect the sensor, which significantly increases the cost of them.
Известны системы передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом, в которых используют датчики с передачей сигнала по двухпроводной линии, содержащие чувствительный элемент, соединенный с согласующим усилителем, который преобразует сигнал чувствительного элемента в изменение сопротивления, включенное между выходной и общей шиной линии передачи сигнала, которая в приемнике соединена через токозадающий резистор с шиной источника питания и с входом согласующего приемного усилителя [Patent US 3400284, НПК 310/319, МПК G01P 15/09, приор. 1966 публ. 1968, а также RE 28596 US, НПК 310/319, МПК G01P 15/09, приор. 1973, опубл. 1975].Known systems for transmitting signals from sensors with an analog output, which use sensors with signal transmission over a two-wire line, containing a sensor connected to a matching amplifier, which converts the signal of the sensor to a change in resistance connected between the output and the common bus of the signal transmission line, which in the receiver is connected via a lead-in resistor to the power supply bus and to the input of the matching receiving amplifier [Patent US 3400284, NPK 310/319, IPC
Недостатками таких решений является необходимость использования в приемнике токозадающих элементов, например резисторов, достаточно высокого номинала, что приводит к необходимости увеличения требуемого напряжения общего источника питания, а следовательно, и использования относительно высоковольтных элементов, имеющих повышенную стоимость, габариты и вес, а также пониженную надежность.The disadvantages of such solutions are the need to use current-sensing elements, such as resistors, in the receiver of a sufficiently high nominal value, which leads to the need to increase the required voltage of a common power source, and hence the use of relatively high-voltage elements having an increased cost, dimensions and weight, as well as reduced reliability .
Аналогичные свойства и недостатки присущи техническим решениям, соответствующим интерфейсу IEPE и его аналогам: ICP, Izotron, Deltatron, Piezotron и т.п.Similar properties and disadvantages are inherent in technical solutions corresponding to the IEPE interface and its analogues: ICP, Izotron, Deltatron, Piezotron, etc.
Известны системы передачи аналогового сигнала от датчика по двухпроводной линии в виде токового сигнала (токовая петля), в которых датчик питается от положительной шины источника постоянного напряжения, а в датчике имеется управляемый генератор тока, величина тока которого зависит от сигнала первичного измерительного преобразователя, выход управляемого генератора тока соединен через второй провод двухпроводной лини связи с первым выводом токоприемного резистора, второй вывод которого соединен с отрицательной шиной источника питания в приемной части системы [Patent US 4178525, НПК 310/319, МПК G01P 15/09, приор. 1978, опубл. 1979, а также: «XTR115 XTR116. 4-20 mA Current loop transmitters. Texas Instruments, 2003»].Known systems for transmitting an analog signal from a sensor through a two-wire line in the form of a current signal (current loop), in which the sensor is powered by a positive DC bus, and the sensor has a controlled current generator, the current value of which depends on the signal from the primary transducer, the output is controlled a current generator is connected through a second wire of a two-wire communication line to a first terminal of a current-receiving resistor, the second terminal of which is connected to a negative bus of a power source at reception of the system [Patent US 4178525, NPC 310/319, IPC G01P 15/09, Prior. 1978, publ. 1979, and also: “XTR115 XTR116. 4-20 mA Current loop transmitters. Texas Instruments, 2003 "].
Недостатком такой системы является необходимость использования сравнительно высокого напряжения питания, жесткое ограничение на величину напряжения и тока питания первичного измерительного преобразователя, например датчика MEMs. Кроме того, оба соединительных проводника при этом не соединены с общей шиной измерительного прибора и источника питания постоянного напряжения, что требует введения дополнительного входного контакта для подключения экрана двухпроводной линии, если двухпроводная линия, для обеспечения удовлетворительной помехоустойчивости, выполнена экранированной. Потребляемая мощность при этом существенно выше даже по сравнению с датчиком и системой передачи по интерфейсу IEPE.The disadvantage of such a system is the need to use a relatively high supply voltage, a strict restriction on the magnitude of the voltage and supply current of the primary measuring transducer, for example, MEMs. In addition, both connecting conductors are not connected to the common bus of the measuring device and the DC voltage source, which requires the introduction of an additional input contact for connecting the screen of the two-wire line, if the two-wire line is shielded to ensure satisfactory noise immunity. The power consumption is significantly higher even in comparison with the sensor and the transmission system via the IEPE interface.
Предлагаемое изобретение содержит варианты, объединенные общим изобретательским замыслом, состоящим в передаче напряжения питания по двухпроводной линии с нужной, сравнительно низкой, величиной напряжения, близкой к напряжению питания электроники первичного измерительного преобразователя (датчика), и передачей аналогового сигнала путем изменения величины тока в двухпроводной линии за счет регулирования тока в выходной цепи датчика. Это снижает требования к величине напряжения питания и обеспечивает использование общих выходных цепей, к которым подключен датчик. Другими словами, предлагаемое решение обеспечивает сочетание преимуществ передачи сигнала по двухпроводной линии в виде изменений тока по токовой петле, в котором в приемной части не требуется использования формирователя тока питания датчика, и интерфейса IEPE (Integrated electronics piezoelectric) - другие синонимы: ICP, Deltatronic, Piezotronic и т.п., которые позволяют реализовать в источнике передаваемого сигнала формирование выходного сигнала за счет управляемого резистора и которые передают сигнал в виде изменений напряжения, но требуют использования в приемном узле схемы формирования постоянного тока питания.The present invention contains variants, united by a common inventive concept, which consists in transmitting a supply voltage through a two-wire line with the desired, relatively low, voltage close to the supply voltage of the electronics of the primary measuring transducer (sensor), and transmitting an analog signal by changing the amount of current in the two-wire line due to the regulation of current in the output circuit of the sensor. This reduces the requirements for the value of the supply voltage and ensures the use of common output circuits to which the sensor is connected. In other words, the proposed solution provides a combination of the advantages of signal transmission over a two-wire line in the form of current changes in the current loop, in which the receiver does not require the use of a sensor driver, and the IEPE (Integrated electronics piezoelectric) interface are other synonyms: ICP, Deltatronic, Piezotronic and the like, which allow implementing the formation of the output signal at the expense of a controlled resistor in the source of the transmitted signal and which transmit the signal in the form of voltage changes, but require use in the receiving a node of the DC power generation circuit.
Предлагаемое решение позволяет использовать общее питание в передающей и приемной части 5 вольт или 3,3 вольта и ниже, типовые для современной электронной базы.The proposed solution allows the use of common power in the transmitting and receiving parts of 5 volts or 3.3 volts and below, typical for a modern electronic base.
Наиболее близкой к предложенным вариантам (выбранным в качестве прототипа), является система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащая датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого и второго проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом [Patent US 2012/001328 А1, МПК G01B 7/14, НКИ 324/7.15, приоритет 2010, опубл. 19.01.2012].Closest to the proposed options (selected as a prototype) is a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, containing a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of the node with controlled resistance, the power and common terminals of which are connected to the first the ends of the first and second wires of a two-wire line, the second ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, as well as a constant source voltage, the negative bus of which is the common bus of the receiving unit, and the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output [Patent US 2012/001328 A1, IPC G01B 7/14, NKI 324 / 7.15, priority 2010, publ. 01/19/2012].
Недостатком данного устройства является относительно низкая экономичность, поскольку для его питания требуется использовать относительно высокое напряжение питания, обеспечивающее работу источника постоянного тока, использованного в приемном узле, сравнительно низкая надежность, так как для его реализации требуется использование элементов, рассчитанных на это повышенное напряжение питания. При этом на линии передачи сигналов присутствует относительно высокое напряжение постоянного смещения, что требует использования на выходе передающего сигнал узла и на входе приемного узла элементов, рассчитанных на это повышенное напряжение, что ограничивает возможность использования элементов, рассчитанных на низковольтное питание, что сужает область применения такого решения. Использование элементов, рассчитанных на повышенное напряжение, также ведет к увеличению стоимости, габаритов, веса и вероятности отказа.The disadvantage of this device is its relatively low cost-effectiveness, since it requires the use of a relatively high supply voltage, which ensures the operation of the direct current source used in the receiving unit, relatively low reliability, since its implementation requires the use of elements designed for this increased supply voltage. At the same time, a relatively high constant bias voltage is present on the signal transmission line, which requires the use of elements designed for this increased voltage at the output of the signal transmitting node and at the input of the receiving node, which limits the possibility of using elements designed for low-voltage power, which narrows the scope of this solutions. The use of elements designed for increased voltage also leads to an increase in cost, dimensions, weight and probability of failure.
Кроме того, если используется узел с управляемым сопротивлением, в приемном узле необходимо использовать источник тока для питания датчика, а если не использовать источник тока в приемном узле, в качестве узла с управляемым сопротивлением необходимо использовать контроллер тока (Фиг. 3A прототипа), причем оба эти варианта требуют существенного увеличения напряжения питания.In addition, if you use a node with controlled resistance, you must use a current source in the receiving node to power the sensor, and if you do not use a current source in the receiving node, you must use a current controller as a node with controlled resistance (Fig. 3A of the prototype), both these options require a significant increase in supply voltage.
Устранение указанных недостатков, т.е. расширение области применения, повышение достоверности функционирования и надежности обеспечивается тем, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащей датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого и второго проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, приемный узел дополнительно содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, а выход токоприемного усилителя является выходом сигнала.Elimination of these shortcomings, i.e. expanding the scope, increasing the reliability of operation and reliability is ensured by the fact that in a signal transmission system from sensors with an analog output via a two-wire line containing a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node with controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first and second wires of the two-wire line, the second ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, and also a DC voltage source, the negative bus of which is the common bus of the receiving unit, and the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output, the receiving unit additionally contains a current-receiving amplifier, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor, which are connected respectively, with the positive bus of the DC voltage source and the first contact of the receiving unit, the second contact of which is connected to the common bus, and the current collector output power amplifier is the signal output.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии источник постоянного напряжения содержит шунтирующий конденсатор, который соединен с положительной и отрицательной шинами этого источника.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the DC voltage source contains a shunt capacitor that is connected to the positive and negative buses of this source.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащей датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого и второго проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом первого провода двухпроводной линии, приемный узел дополнительно содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, а выход токоприемного усилителя является выходом сигнала.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line containing a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node with controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first and second wires two-wire line, the second ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, as well as a constant voltage source, the negative bus of which is the common bus of the receiving node, and the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output, the power output of which is connected to the first end of the first wire of the two-wire line, the receiving node additionally contains a current-receiving amplifier, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor which are connected respectively to the positive bus of the DC voltage source and the first contact of the receiving unit, the second contact of which is connected to the common bus, and the output is The receiving amplifier is the signal output.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащей датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого соединен с первым концом одного из проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом первого провода двухпроводной линии, приемный узел дополнительно содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, а выход токоприемного усилителя является выходом сигнала.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, which contains a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node with controlled resistance, the output of which is connected to the first end of one of the wires of the two-wire line, the second the ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, as well as a constant voltage source, the negative bus of which is the common bus of the receiving node, the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output, the power output of which is connected to the first end of the first wire of the two-wire line, the receiving node further comprises a current-receiving amplifier, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor, which are connected respectively to the positive bus DC voltage source and the first contact of the receiving node, the second contact of which is connected to a common bus, and the output of the current-receiving amplifier is signal output.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии узел с управляемым сопротивлением выполнен в виде ограничивающего резистора, первый вывод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого является вторым выводом ограничивающего резистора.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the node with controlled resistance is made in the form of a limiting resistor, the first output of which is the control input of the node with controlled resistance, the output of which is the second output of the limiting resistor.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии выход узла с управляемым сопротивлением соединен с первым концом первого провода двухпроводной линии, узел с управляемым сопротивлением выполнен в виде стабилитрона, анод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого является катодом стабилитрона.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the output of a node with a controlled resistance is connected to the first end of the first wire of a two-wire line, a node with a controlled resistance is made in the form of a zener diode, the anode of which is a control input of a node with a controlled resistance, the output of which is the cathode of the zener diode.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии выход узла с управляемым сопротивлением соединен с первым концом второго провода двухпроводной линии, узел с управляемым сопротивлением выполнен в виде стабилитрона, катод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого является анодом стабилитрона.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the output of a node with a controlled resistance is connected to the first end of the second wire of a two-wire line, a node with a controlled resistance is made in the form of a zener diode, the cathode of which is a control input of a node with a controlled resistance, the output of which is the anode of the zener diode.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащей датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого и второго проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, приемный узел дополнительно содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, а выход токоприемного усилителя является выходом сигнала, вывод питания датчика с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора напряжения с низким внутренним падением, вход и общий вывод которого соединены соответственно с первым концом первого провода двухпроводной линии и первым концом второго провода двухпроводной линии.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line containing a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node with controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first and second wires two-wire line, the second ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, as well as a constant voltage source, the negative bus of which is the common bus of the receiving unit, and the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output, the receiving unit further comprises a current-receiving amplifier, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor, which are connected respectively to the positive bus of the DC voltage source and the first the contact of the receiving node, the second contact of which is connected to the common bus, and the output of the current-receiving amplifier is the signal output, the sensor power output with an analog course connected to the output voltage of the stabilizer with low internal fall, and a common input terminal of which are respectively connected to a first end of the first two-wire line wire and the first end of the second wire-wire line.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащей датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого и второго проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, приемный узел дополнительно содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, а выход токоприемного усилителя является выходом сигнала, вывод питания датчика с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора напряжения с низким внутренним падением, вход и общий вывод которого соединены соответственно с первым концом первого провода двухпроводной линии и первым концом второго провода двухпроводной линии, дополнительный вход узла с управляемым сопротивлением соединен с первыми выводами первого и второго дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с выходом стабилизатора напряжения с низким внутренним падением и с первым выводом второго провода двухпроводной линии.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line containing a sensor with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node with controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first and second wires two-wire line, the second ends of which are connected to the first and second contacts of the receiving node, which contains a current-receiving resistor, as well as a constant voltage source, the negative bus of which is the common bus of the receiving unit, and the first end of the second wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor with an analog output, the receiving unit further comprises a current-receiving amplifier, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor, which are connected respectively to the positive bus of the DC voltage source and the first the contact of the receiving node, the second contact of which is connected to the common bus, and the output of the current-receiving amplifier is the signal output, the sensor power output with an analog connected with the output of the voltage regulator with a low internal drop, the input and the common output of which are connected respectively to the first end of the first wire of the two-wire line and the first end of the second wire of the two-wire line, the additional input of the node with controlled resistance is connected to the first terminals of the first and second additional resistors, the second the findings of which are connected respectively to the output of the voltage regulator with a low internal drop and to the first output of the second wire of the two-wire line.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии в качестве датчика с аналоговым выходом использован пьезоэлектрический элемент, выводы которого соединены с выходом и общей шиной датчика с аналоговым выходом, которые соединены между собой через резистор утечки.Another difference is that in the system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, a piezoelectric element is used as a sensor with an analog output, the terminals of which are connected to the output and the sensor common bus with an analog output, which are interconnected via a leakage resistor.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии в качестве узла с управляемым сопротивлением использован полевой транзистор, затвор которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого являются истоком и стоком полевого транзистора.Another difference is that in the system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, a field-effect transistor is used as a node with a controlled resistance, the gate of which is a control input of a node with a controlled resistance, the power terminals and the common one of which are the source and drain of the field-effect transistor .
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии в качестве узла с управляемым сопротивлением использован МОП транзистор, затвор которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого являются истоком и стоком МОП транзистора, а управляющий вход узла с управляемым сопротивлением соединен с его выходом через вспомогательный резистор.Another difference is that in the system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, a MOS transistor is used as a node with a controlled resistance, the gate of which is a control input of a node with a controlled resistance, the power terminals and the common one of which are the source and drain of the MOS transistor , and the control input of the node with controlled resistance is connected to its output through an auxiliary resistor.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии узел с управляемым сопротивлением содержит МОП транзистор и р-n-р биполярный транзистор, коллектор которого является общим выводом узла с управляемым сопротивлением, который через режимный резистор соединен с базой р-n-р биполярного транзистора и истоком МОП транзистора, затвор которого является управляющим входом узла с управляемым сопротивлением, выход которого соединен со стоком МОП транзистора и эмиттером р-n-р биполярного транзистора.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the node with controlled resistance contains a MOS transistor and a PNR bipolar transistor, the collector of which is a common output of the node with controlled resistance, which is connected through a mode resistor with the base rnp of the bipolar transistor and the source of the MOS transistor, the gate of which is the control input of the node with controlled resistance, the output of which is connected to the drain of the MOS transistor and the emitter rnp bipole polar transistor.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии узел с управляемым сопротивлением содержит операционный усилитель с однополярным питанием, выход которого соединен с его инверсным входом через резистор обратной связи, инверсный вход операционного усилителя с однополярным питанием через входной резистор соединен с управляющим входом узла с управляемым сопротивлением, общая шина которого соединена с общим выводом операционного усилителя с однополярным питанием, вывод питания и выход которого соединены через резистор задания тока, а вывод питания и прямой вход операционного усилителя с однополярным питанием являются соответственно выходом и дополнительным входом узла с управляемым сопротивлением.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the node with controlled resistance contains an operational amplifier with unipolar power supply, the output of which is connected to its inverse input via a feedback resistor, and the inverse input of an operational amplifier with unipolar power supply the input resistor is connected to the control input of the node with a controlled resistance, the common bus of which is connected to the common output of the operational amplifier with unipolar power, the power supply and the output of which are connected through a current setting resistor, and the power output and direct input of an operational amplifier with unipolar power supply are respectively the output and an additional input of a node with controlled resistance.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии двухпроводная линия связи выполнена в виде коаксиального кабеля, центральная жила и экран которого являются соответственно первым и вторым проводами двухпроводной линии.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the two-wire communication line is made in the form of a coaxial cable, the central core and screen of which are the first and second wires of the two-wire line, respectively.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии двухпроводная линия выполнена в виде двухпроводного кабеля с общим экраном, первый и второй провода которого являются соответственно первым и вторым проводами двухпроводной линии, а экран соединен с вторым выводом второго провода.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the two-wire line is made in the form of a two-wire cable with a common screen, the first and second wires of which are the first and second wires of the two-wire line, respectively, and the screen is connected to the second output second wire.
Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии двухпроводная линия выполнена в виде двухпроводного кабеля «витая пара» с общим экраном, первый и второй провода которого являются соответственно первым и вторым проводами двухпроводной линии, а экран соединен с вторым выводом второго провода.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the two-wire line is made in the form of a twisted-pair two-wire cable with a common shield, the first and second wires of which are the first and second wires of the two-wire line, respectively, and the screen connected to the second terminal of the second wire.
Предлагаемое решение поясняется чертежами.The proposed solution is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана структурная схема системы по первому варианту технического решения.In FIG. 1 shows a structural diagram of a system according to the first embodiment of a technical solution.
На фиг. 2 показана структурная схема системы по второму варианту технического решения.In FIG. 2 shows a structural diagram of a system according to the second embodiment of the technical solution.
На фиг. 3 и 4 показаны структурные схемы системы по третьему варианту технического решения.In FIG. 3 and 4 show the structural diagrams of the system according to the third embodiment of the technical solution.
На фиг. 5 показана структурная схема системы по четвертому варианту технического решения.In FIG. 5 shows a structural diagram of a system according to a fourth embodiment of a technical solution.
На фиг. 6 показана структурная схема системы по пятому варианту технического решения.In FIG. 6 shows a structural diagram of a system according to a fifth embodiment of a technical solution.
На фиг. 7-10 приведены возможные варианты внутренней структуры датчиков и узлов с управляемым сопротивлением.In FIG. Figures 7-10 show possible options for the internal structure of sensors and nodes with controlled resistance.
Если датчик с аналоговым выходом 1 не требует для своей работы внешнего питания (пьезоэлектрический акселерометр или индуктивный велосиметр), систему можно реализовать по первому варианту изобретения, как показано на фиг. 1.If the sensor with
Система передачи сигналов от датчиков 1 с аналоговым выходом по двухпроводной линии 2 содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого 4 и второго 5 проводов двухпроводной линии 2, вторые концы которых соединены с первым 6 и вторым 7 контактами приемного узла 8, который содержит токоприемный резистор 9, а также источник постоянного напряжения 10, отрицательная шина которого является общей шиной 11 приемного узла 8, а первый конец второго провода 5 двухпроводной линии 2 соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, приемный узел 8 также содержит токоприемный усилитель 12, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора 9, которые соединены соответственно с положительной шиной источника 11 постоянного напряжения и первым контактом 6 приемного узла 8, второй контакт 7 которого соединен с общей шиной 11, а выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала.The system for transmitting signals from sensors 1 with an analog output via a two-wire line 2 contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node 3 with a controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first 4 and second 5 wires of the two-wire line 2 the second ends of which are connected to the first 6 and second 7 contacts of the receiving unit 8, which contains a current-receiving resistor 9, as well as a DC voltage source 10, the negative bus of which is a common bus 11 of the receiving node 8, and the first end of the second wire 5 of the two-wire line 2 is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the receiving node 8 also contains a current-receiving amplifier 12, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor 9, which are connected respectively to the positive source bus 11 DC voltage and the first contact 6 of the receiving node 8, the second contact 7 of which is connected to a common bus 11, and the output of the current-receiving amplifier 12 is the output 13 of the signal.
В качестве токоприемного усилителя можно использовать токочувствительные усилители (Current-Sense Amplifiers), широкая номенклатура которых выпускается в настоящее время (МАХ472, ZXCT1084E5TA, MAX4376TAUK, LT6107, LT6108, TSC1021 и т.п.).Current sensing amplifiers (Current-Sense Amplifiers), a wide range of which are currently available (MAX472, ZXCT1084E5TA, MAX4376TAUK, LT6107, LT6108, TSC1021, etc.) can be used as a current-receiving amplifier.
Источник постоянного напряжения 10 может дополнительно содержать шунтирующий конденсатор 14, который соединен с положительной и отрицательной шинами этого источника 10.The
Если датчик 1 требует для своего функционирования внешнего питания, например это датчик, выполненный по MEMs технологии с логометрическим (ratiometric) выходом, система может быть выполнена по второму варианту реализации, как показано на фиг. 2.If the
Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого 4 и второго 5 проводов двухпроводной линии 2, вторые концы которых соединены с первым 7 и вторым 8 контактами приемного узла 8, который содержит токоприемный резистор 9, а также источник постоянного напряжения 10, отрицательная шина которого является общей шиной 11 приемного узла 8, а первый конец второго 5 провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом первого провода 4 двухпроводной линии 2, приемный узел 8 дополнительно содержит токоприемный усилитель 12, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора 9, которые соединены соответственно с положительной шиной источника 10 постоянного напряжения и первым контактом 6 приемного узла 8, второй контакт 7 которого соединен с общей шиной 11, а выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала.The system for transmitting signals from sensors with an analog output through a two-wire line contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node 3 with a controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first 4 and second 5 wires of two-wire line 2, the second the ends of which are connected to the first 7 and second 8 contacts of the receiving node 8, which contains a current-receiving resistor 9, as well as a constant voltage source 10, the negative bus of which is a common bus 11 of the receiving node 8, and the first end of the second 5 wire of the two-wire line is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the power output of which is connected to the first end of the first wire 4 of the two-wire line 2, the receiving unit 8 further comprises a current-receiving amplifier 12, the inputs of which are connected to the first and the second terminals of the current-receiving resistor 9, which are connected respectively to the positive bus of the DC voltage source 10 and the first contact 6 of the receiving node 8, the second contact of which 7 is connected to the common bus 11, and the output is current-receiving oh amplifier 12 is the output 13 of the signal.
Если в качестве датчика 1 с аналоговым выходом использован датчик, обеспечивающий изменения выходного тока в достаточном интервале значений, возможно совмещение функций датчика и узла с управляемым сопротивлением, который в этом случае может быть выполнен в виде резистора или стабилитрона. Такой режим работы могут обеспечить большинство существующих датчиков с аналоговым выходом, выполненные по MEMs технологии с логометрическим (ratiometric) выходом. Такой вариант реализации устройства представлен на фиг. 3 и 4.If a sensor is used as a
В этом варианте система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выход которого соединен с первым концом одного из проводов двухпроводной линии 2, вторые концы которых соединены с первым 6 и вторым 7 контактами приемного узла 8, который содержит токоприемный резистор 9, а также источник 10 постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной 11 приемного узла 8, а первый конец 5 второго провода двухпроводной линии 2 соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом 4 первого провода двухпроводной линии 2, приемный узел 8 дополнительно содержит токоприемный усилитель 12, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора 9, которые соединены соответственно с положительной шиной источника 10 постоянного напряжения и первым контактом 6 приемного узла 8, второй контакт 7 которого соединен с общей шиной 11, а выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала.In this embodiment, the system for transmitting signals from sensors with an analog output through a two-wire line contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the control input of a node 3 with a controlled resistance, the output of which is connected to the first end of one of the wires of the two-wire line 2, the second ends of which are connected with the first 6 and second 7 contacts of the receiving node 8, which contains a current-receiving resistor 9, as well as a DC voltage source 10, the negative bus of which is a common bus 11 of the receiving node 8, and the first core 5 of the second wire of the two-wire line 2 is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the power output of which is connected to the first end 4 of the first wire of the two-wire line 2, the receiving unit 8 further comprises a current-receiving amplifier 12, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor 9, which are connected respectively to the positive bus of the DC voltage source 10 and the first contact 6 of the receiving unit 8, the second contact of which 7 is connected to the common bus 11, and the output of the current-receiving amplifier 12 is a signal output 13.
Как показано на фиг. 3, узел с управляемым сопротивлением 3 выполнен в виде ограничивающего резистора 3, первый вывод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого является вторым выводом ограничивающего резистора 3.As shown in FIG. 3, the node with controlled
На схеме, представленной на фиг. 3, выход узла с управляемым сопротивлением 3 соединен с первым концом первого 4 провода двухпроводной линии 2.In the diagram of FIG. 3, the output of the node with controlled
Узел с управляемым сопротивлением 3 при этом может быть выполнен выполнен в виде стабилитрона (стабистора или стабилизатора шунтирующего типа), анод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением 3, выход которого является катодом стабилитрона.The node with controlled
На структурной схеме, показанной на фиг. 4, выход узла с управляемым сопротивлением 3 соединен с первым концом второго 5 провода двухпроводной линии 2.In the block diagram shown in FIG. 4, the output of the node with controlled
В этом случае узел с управляемым сопротивлением 3 может быть выполнен в виде стабилитрона (стабистора или стабилизатора шунтирующего типа), катод которого является входом управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого является анодом стабилитрона.In this case, the node with controlled
При использовании некоторых вариантов MEMs датчиков желательно обеспечить стабилизированное напряжение их питания, поскольку смещение постоянной составляющей и чувствительность на их логометрическом (ratiometric) выходе зависят от напряжения питания. В этом случае обеспечить такую стабилизацию можно за счет использования дополнительного стабилизатора напряжения, желательно с низким допустимым внутренним падением напряжения (LDO). В этом варианте предлагаемого технического решения структурная схема соответствует показанной на фиг. 5.When using some versions of the MEMs of the sensors, it is desirable to provide a stabilized voltage of their power supply, since the DC component offset and sensitivity at their ratiometric output depend on the power supply voltage. In this case, such stabilization can be achieved by using an additional voltage stabilizer, preferably with a low permissible internal voltage drop (LDO). In this embodiment of the proposed technical solution, the structural diagram corresponds to that shown in FIG. 5.
Для этого варианта исполнения система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого 4 и второго 5 проводов двухпроводной линии 2, вторые концы которых соединены с первым 6 и вторым 7 контактами приемного узла 8, который содержит токоприемный резистор 9, а также источник 10 постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной 11 приемного узла 8, а первый конец 5 второго провода двухпроводной линии 2 соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, приемный узел 8 дополнительно содержит токоприемный усилитель 12, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора 9, которые соединены соответственно с положительной шиной источника 10 постоянного напряжения и первым 6 контактом приемного узла 8, второй контакт 7 которого соединен с общей шиной 11, а выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала, вывод питания датчика 1 с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора 15 напряжения с низким внутренним падением, вход и общий вывод которого соединены соответственно с первым концом первого 4 провода двухпроводной линии 2 и первым концом второго 5 провода двухпроводной линии 2.For this embodiment, the system for transmitting signals from sensors with an analog output through a two-wire line contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the control input of node 3 with a controlled resistance, the power terminals and the common one of which are connected to the first ends of the first 4 and second 5 wires of a two-wire line 2, the second ends of which are connected to the first 6 and second 7 contacts of the receiving node 8, which contains a current-receiving resistor 9, as well as a DC voltage source 10, the negative bus of which is They are connected by a common bus 11 of the receiving unit 8, and the first end 5 of the second wire of the two-wire line 2 is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the receiving unit 8 further comprises a current-receiving amplifier 12, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor 9, which are connected respectively, with the positive bus of the DC voltage source 10 and the first 6 terminal of the receiving unit 8, the second terminal 7 of which is connected to a common bus 11, and the output of the current-receiving amplifier 12 is a signal output 13, a power output 1 sensor with an analog output connected to the output of the stabilizer 15 with low internal voltage drop, and a common input terminal of which are respectively connected to a first end of the first wire 4-wire line 2 and the first end of the second two-wire line wire 5 2.
Возможны варианты выполнения, в которых для правильного функционирования узла с управляемым сопротивлением 3 необходимо дополнительное опорное напряжение. В этом случае структурная схема предлагаемого решения соответствует представленной на фиг. 6.Embodiments are possible in which an additional reference voltage is necessary for the correct functioning of the node with controlled
Для этого варианта система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого соединены с первыми концами первого 4 и 5 второго проводов двухпроводной линии 2, вторые концы которых соединены с первым 6 и вторым 7 контактами приемного узла 8, который содержит токоприемный резистор 9, а также источник 10 постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной 11 приемного узла 8, а первый конец второго провода двухпроводной линии 2 соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, приемный узел 8 дополнительно содержит токоприемный усилитель 12, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора 9, которые соединены соответственно с положительной шиной источника 10 постоянного напряжения и первым контактом 6 приемного узла 8, второй контакт 7 которого соединен с общей шиной 11, а выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала, вывод питания датчика 1 с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора 15 напряжения с низким внутренним падением, вход и общий вывод которого соединены соответственно с первым концом первого 4 провода двухпроводной линии 2 и первым концом второго 5 провода двухпроводной линии 2, дополнительный вход узла 3 с управляемым сопротивлением соединен с первыми выводами первого 16 и второго 17 дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с выходом стабилизатора 15 напряжения с низким внутренним падением и с первым выводом второго 5 провода двухпроводной линии 2.For this option, the signal transmission system from sensors with an analog output on a two-wire line contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the control input of node 3 with a controlled resistance, the power and common terminals of which are connected to the first ends of the first 4 and 5 of the second wire of the two-wire line 2, the second ends of which are connected to the first 6 and second 7 contacts of the receiving unit 8, which contains a current-receiving resistor 9, as well as a DC voltage source 10, the negative bus of which is common another 11 of the receiving node 8, and the first end of the second wire of the two-wire line 2 is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the receiving node 8 further comprises a current-receiving amplifier 12, the inputs of which are connected to the first and second terminals of the current-receiving resistor 9, which are connected respectively to the positive the bus of the DC voltage source 10 and the first contact 6 of the receiving unit 8, the second contact of which 7 is connected to a common bus 11, and the output of the current-receiving amplifier 12 is a signal output 13, the sensor power output is 1 s the tax output is connected to the output of the voltage regulator 15 with a low internal drop, the input and the general output of which are connected respectively to the first end of the first 4 wires of the two-wire line 2 and the first end of the second 5 wires of the two-wire line 2, the additional input of the node 3 with controlled resistance is connected to the first terminals the first 16 and second 17 additional resistors, the second terminals of which are connected respectively to the output of the voltage stabilizer 15 with a low internal drop and to the first terminal of the second 5 wire 2-wire line.
В качестве датчика 1 с аналоговым выходом, как показано на фиг. 7-9, может быть использован пьезоэлектрический элемент 18, выводы которого соединены с выходом и общей шиной датчика 1 с аналоговым выходом, которые соединены между собой через резистор 19 утечки.As a
Как показано на фиг. 7, в качестве узла 3 с управляемым сопротивлением может быть использован полевой транзистор 20, затвор которого является входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого являются истоком и стоком полевого транзистора 20.As shown in FIG. 7, as a
Как показано на фиг. 8, в качестве узла 3 с управляемым сопротивлением может быть использован МОП транзистор 21, затвор которого является входом управления узла 3 с управляемым сопротивлением, выводы питания и общий которого являются истоком и стоком МОП транзистора 21, а управляющий вход узла 3 с управляемым сопротивлением соединен с его выходом через вспомогательный резистор 22.As shown in FIG. 8, as a
Как показано на фиг. 9, узел 3 с управляемым сопротивлением может содержать МОП транзистор 21 и р-n-р биполярный транзистор 24, коллектор которого является общим выводом узла 3 с управляемым сопротивлением, который через режимный резистор 25 соединен с базой р-n-р биполярного транзистора 24 и истоком МОП транзистора 21, затвор которого является управляющим входом узла 3 с управляемым сопротивлением, выход которого соединен со стоком МОП транзистора 21 и эмиттером р-n-р биполярного транзистора 25.As shown in FIG. 9, the
Как показано на фиг. 10, узел 3 с управляемым сопротивлением может содержать операционный усилитель 26 с однополярным питанием, выход которого соединен с его инверсным входом через резистор 27 обратной связи, инверсный вход операционного усилителя 26 с однополярным питанием через входной резистор 28 соединен управляющим входом узла 3 с управляемым сопротивлением, общая шина 11 которого соединена с общим выводом операционного усилителя 26 с однополярным питанием, вывод питания и выход которого соединены через резистор 29 задания тока, а вывод питания и прямой вход операционного усилителя 26 с однополярным питанием являются выходом и дополнительным входом узла 3 с управляемым сопротивлением.As shown in FIG. 10, the controlled
Двухпроводная линия 2 может быть выполнена в виде коаксиального кабеля, центральная жила и экран которого являются соответственно первым и вторым проводами двухпроводной линии 2 связи, как показано на фиг. 1.The two-
Двухпроводная линия 2 связи может быть выполнена в виде двухпроводного кабеля с общим экраном, первый 4 и второй 5 провода которого являются соответственно первым 4 и вторым 5 проводами двухпроводной линии 2 связи, а экран соединен с вторым выводом второго 5 провода, как показано на фиг. 3.The two-
Двухпроводная линия 2 может быть выполнена в виде двухпроводного кабеля «витая пара» с общим экраном, первый 4 и второй 5 провода которого являются соответственно первым 4 и вторым 5 проводами двухпроводной линии 2 связи, а экран соединен с вторым выводом второго провода.The two-
Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии работает следующим образом.The system for transmitting signals from sensors with analog output via a two-wire line works as follows.
Датчик 1 с аналоговым выходом преобразует контролируемую физическую величину в аналоговый электрический сигнал, например в заряд или напряжение. Этот сигнал поступает на узел 3, который преобразует этот сигнал в изменения сопротивления для изменения тока, проходящего через него под действием приложенного напряжения.A
Если в системах с интерфейсом IEPE через узел 3 и остальную часть схемы протекает постоянный по величине ток от генератора тока в приемном узле 3, а в системах с интерфейсом «токовая петля» приложенное к входной части постоянное напряжение сопровождается изменением тока за счет использования встроенного управляемого генератора тока, в предложенном устройстве могут в относительно небольших пределах меняться как ток, так и напряжение питания датчика 1.If in systems with the IEPE interface through the
Изменения напряжения питания датчика в предлагаемом устройстве сравнительно невелики, поскольку это напряжение отличается от напряжения источника 10 на величину падения на токоприемный резисторе 9, типовая величина которого для токоприемных усилителей не превышает нескольких единиц или десятков Ом. Поскольку коэффициент усиления токоприемного усилителя 12 обычно весьма значителен, выходной сигнал на выходе 13 достаточно большой.Changes in the sensor supply voltage in the proposed device are relatively small, since this voltage differs from the voltage of the
Для схем, показанных на фиг. 3 и 4, величина тока, формируемого для передачи по линии, определяется суммой тока потребления собственно датчика 1 с аналоговым выходом и током через резистор 3. Для схем на фиг. 3 и 4 динамические изменения величины тока в линии 2 имеют противоположный знак.For the circuits shown in FIG. 3 and 4, the magnitude of the current generated for transmission over the line is determined by the sum of the current consumption of the
Если выходное сопротивление датчика 1 с аналоговым выходом достаточно велико, вместо резистора 3 могут быть использованы стабилитроны, стабисторы или стабилизаторы напряжения шунтирующего типа. В этом случае сравнительно небольшие изменения напряжения на выходе датчика 1 с аналоговым выходом могут быть преобразованы в достаточно большие изменения тока передаваемого по линии 2.If the output resistance of
Поскольку изменения напряжения передаваемое по линии невелики, поступающее на датчик 1 напряжение питания достаточно для его нормального функционирования. Если необходимо обеспечить большую стабильность характеристик, возможно использование стабилизатора 15 напряжений. Для обеспечения лучших характеристик этот стабилизатор может быть выполнен как имеющий низкое внутреннее падение (LDO) между входом и выходом.Since the voltage changes transmitted through the line are small, the supply voltage to the
В отличие от использования интерфейса IEPE, для которого недопустимо прямое подключение общей шины передачи питания и сигнала к шине питания узла приема, ведущее к повреждению схемы датчика, предлагаемое решение использует такой режим, как основной рабочий. Отсутствие в узле питания генератора тока или генератора тока в источнике сигнала, что типично для интерфейса токовой петли, сокращает потери мощности. Кроме того, если в интерфейсе IEPE источник сигнала, передаваемого по линии передачи сигнала, имеет относительно низкое внутреннее сопротивление, что обеспечивает высокую помехоустойчивость, или от интерфейса токовой петли, для которого типично низкое входное сопротивление, обеспечивающее повышенную помехоустойчивость, предлагаемое решение характеризуется низким внутренним сопротивлением для наводок как со стороны источника, так и приемника сигналов, что обеспечивает повышенную помехоустойчивость.In contrast to the use of the IEPE interface, for which a direct connection of a common bus for transmitting power and signal to the power bus of the receiving node is unacceptable, leading to damage to the sensor circuit, the proposed solution uses such a mode as the main operating one. The absence of a current generator or a current generator in the power source in the signal source, which is typical for the current loop interface, reduces power loss. In addition, if in the IEPE interface the signal source transmitted through the signal transmission line has a relatively low internal resistance, which provides high noise immunity, or from the current loop interface, for which a typically low input resistance, providing increased noise immunity, the proposed solution is characterized by low internal resistance for interference both from the source and the receiver, which provides increased noise immunity.
Предлагаемое решение обеспечивает возможность работы при напряжении питания источника 10 на уровне, например, +5 или +3,3 вольта и для своей реализации не требует применения элементов с рабочим напряжением не выше указанных. Это позволяет существенно расширить область его применения, повысить надежность и снизить стоимость и габариты, поскольку элементы с низким рабочим напряжением дешевле, надежнее, меньше по габаритам и весу.The proposed solution provides the ability to work with a supply voltage of
Таким образом предлагаемое решение обеспечивает повышенную помехоустойчивость, надежность, достоверность функционирования и более широкую область применения и может быть реализовано с использованием элементов, имеющих низкие рабочие напряжения.Thus, the proposed solution provides increased noise immunity, reliability, reliability of operation and a wider field of application and can be implemented using elements having low operating voltages.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144377A RU2642807C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144377A RU2642807C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642807C1 true RU2642807C1 (en) | 2018-01-26 |
Family
ID=61023671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016144377A RU2642807C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642807C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112824842A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 浙江三花制冷集团有限公司 | Acquisition circuit and pressure sensor classification method |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3400284A (en) * | 1966-07-14 | 1968-09-03 | Cons Electrodynamics Corp | Piezoelectric accelerometer |
| US4178525A (en) * | 1978-02-17 | 1979-12-11 | Robertshaw Controls Company | Two wire piezoelectric acceleration transmitter |
| EP1192614B1 (en) * | 1999-07-02 | 2003-01-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Measuring transducer having a corrected output signal |
| US6897639B2 (en) * | 2001-09-19 | 2005-05-24 | Vega Grieshaber Kg | Circuit arrangement for the power supply of a two-wire sensor |
| RU2338262C2 (en) * | 2004-03-29 | 2008-11-10 | Роузмаунт Инк. | Two-wire transmitter with isolated output can |
| RU2350975C2 (en) * | 2003-08-07 | 2009-03-27 | Роузмаунт Инк. | Process device with diagnostics of steady current |
| RU2413307C2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-02-27 | Роузмаунт Инк. | Verification of process control circuit current |
| US20130048598A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-02-28 | Emi USHIODA | Plating method of circuit substrate, production method of plated circuit substrate, and silver etching liquid |
| RU2530352C2 (en) * | 2010-05-11 | 2014-10-10 | Роузмаунт Инк. | Double-wire field device for industrial process providing maximisation of power available for device circuitry with minimum control loop current |
| RU2601186C2 (en) * | 2012-05-29 | 2016-10-27 | Роузмаунт Инк. | Process control current circuit verification |
-
2016
- 2016-11-11 RU RU2016144377A patent/RU2642807C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3400284A (en) * | 1966-07-14 | 1968-09-03 | Cons Electrodynamics Corp | Piezoelectric accelerometer |
| US4178525A (en) * | 1978-02-17 | 1979-12-11 | Robertshaw Controls Company | Two wire piezoelectric acceleration transmitter |
| EP1192614B1 (en) * | 1999-07-02 | 2003-01-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Measuring transducer having a corrected output signal |
| US6897639B2 (en) * | 2001-09-19 | 2005-05-24 | Vega Grieshaber Kg | Circuit arrangement for the power supply of a two-wire sensor |
| RU2350975C2 (en) * | 2003-08-07 | 2009-03-27 | Роузмаунт Инк. | Process device with diagnostics of steady current |
| RU2338262C2 (en) * | 2004-03-29 | 2008-11-10 | Роузмаунт Инк. | Two-wire transmitter with isolated output can |
| RU2413307C2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-02-27 | Роузмаунт Инк. | Verification of process control circuit current |
| RU2530352C2 (en) * | 2010-05-11 | 2014-10-10 | Роузмаунт Инк. | Double-wire field device for industrial process providing maximisation of power available for device circuitry with minimum control loop current |
| US20130048598A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-02-28 | Emi USHIODA | Plating method of circuit substrate, production method of plated circuit substrate, and silver etching liquid |
| RU2601186C2 (en) * | 2012-05-29 | 2016-10-27 | Роузмаунт Инк. | Process control current circuit verification |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112824842A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 浙江三花制冷集团有限公司 | Acquisition circuit and pressure sensor classification method |
| CN112824842B (en) * | 2019-11-21 | 2023-06-16 | 浙江三花商用制冷有限公司 | Acquisition circuit and pressure sensor classification method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9379554B2 (en) | Current output circuit and two-wire transmitter | |
| US8446977B2 (en) | Method for transmitting discrete electric signals | |
| EP2439711B1 (en) | Two-wire transmitter | |
| CN203241165U (en) | Thermal resistor temperature measurement circuit based on three-wire system | |
| US10693290B2 (en) | Electronic temperature switch | |
| JP2019146141A (en) | Signal generating device and signal reading system | |
| WO2013153599A1 (en) | Sequencer analog output unit | |
| RU2642807C1 (en) | System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options) | |
| CN108627686B (en) | Circuit and method for measuring operational amplifier bias current and shielding control unit | |
| RU2646311C1 (en) | Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line | |
| JP6974194B2 (en) | Bus-side connector, device-side connector and reading system | |
| US10921384B2 (en) | Disconnection sensing circuit and electrical connection box | |
| US10132842B2 (en) | Virtual ground sensing circuit for high impedance voltage sensors | |
| RU2684002C1 (en) | Multichannel data acquisition device for sensors with a two-wire interface | |
| JP2007218664A (en) | Electrical current detector | |
| CN115777068A (en) | Current detection device and current detection method | |
| RU2688257C1 (en) | Device for transmitting signals from a multicomponent vibration sensor with built-in electronics | |
| CN105527867B (en) | Field device | |
| JP5820303B2 (en) | 2-wire electromagnetic flow meter | |
| US11994537B2 (en) | Floating voltage measuring circuit and method | |
| US11349464B2 (en) | Waveform shaping circuit, signal generation apparatus, and signal reading system | |
| US10809827B2 (en) | Pointing stick module and controller | |
| CN106771353A (en) | Acceleration transducer | |
| JP4251975B2 (en) | Method and device for generating electrical signal corresponding to displacement | |
| GB2389429A (en) | Electronic accessory detection and identification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181112 |