RU2646311C1 - Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line - Google Patents

Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line Download PDF

Info

Publication number
RU2646311C1
RU2646311C1 RU2016144376A RU2016144376A RU2646311C1 RU 2646311 C1 RU2646311 C1 RU 2646311C1 RU 2016144376 A RU2016144376 A RU 2016144376A RU 2016144376 A RU2016144376 A RU 2016144376A RU 2646311 C1 RU2646311 C1 RU 2646311C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
sensor
wire
current
common
Prior art date
Application number
RU2016144376A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Иосифович Радчик
Олег Борисович Скворцов
Сергей Олегович Арестов
Татьяна Павловна Фокина
Вера Борисовна Скворцова
Тамара Васильевна Балицкая
Лариса Александровна Гвоздева
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Завод Балансировочных машин"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Завод Балансировочных машин" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Завод Балансировочных машин"
Priority to RU2016144376A priority Critical patent/RU2646311C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646311C1 publication Critical patent/RU2646311C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/02Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/02Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • G08C19/04Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage using variable resistance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: data processing.
SUBSTANCE: invention relates to signaling devices. For this purpose, a signal transmission system is proposed; it comprises a sensor with an analog output, which output is connected to an input of an impedance element, whose output is connected to the sensor supply terminal, the ends of the wires of the two-wire communication line are connected to the first and second contacts of the receiving unit that contains a current collector resistor, as well as a constant voltage source, whose negative bus is the common bus of the receiving node, and the first end of the second wire of the two-wire communication line is connected to the common terminal of the sensor, receiving unit comprises a current collector amplifier whose inputs are connected to the first and second terminals of the current collector resistor which are connected respectively to the positive bus of the constant voltage source and the first contact of the receiving unit whose second contact is connected to the common bus, output of the current collector amplifier is the signal output, and the sensor power output is connected to the output of the voltage regulator, the common output and input of which are connected to the common output of the sensor and the first end of the first wire.
EFFECT: increased reliability, expanded scope of use and fail-free operation.
4 cl, 4 dwg

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, давление, угловая скорость, пульсации давления, звук, динамические силы, изменения магнитного и электрического полей и т.п., в которых используются микроэлектронные датчики физических величин на основе МЭМС (микроэлектромеханических систем) технологий, имеющих аналоговый выход.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, pressure, angular velocity, pressure pulsations, sound, dynamic forces, changes in magnetic and electric fields, etc. which use microelectronic sensors of physical quantities based on MEMS (microelectromechanical systems) technologies with an analog output.

Многие первичные измерительные преобразователи физических величин в электрические сигналы могут подключаться к измерительной аппаратуре по двухпроводной линии. Это требует минимального количества соединительных проводов, 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) измерительной аппаратуры, снижая ее надежность и увеличивая габариты 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, but the absence of signal formation in the immediate vicinity of the primary measuring transducer when transmitting over a considerable distance does not provide satisfactory noise immunity. The use of built-in electronics in the sensor provides improved 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) of the measuring equipment, reducing its reliability and increasing dimensions and cost.

В настоящее время выпускается большое количество датчиков вибрации, давления, магнитного поля, температуры и т.п., выполненных по технологии МЭМС, 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 и увеличивает вероятность отказов.Currently, a large number of vibration, pressure, magnetic field, temperature, and the like 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 influences 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 systems and increases the likelihood of failures.

Известны системы передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом (например, вибрации - акселерометры, или акустического сигнала - микрофоны) с передачей сигнала и питания по двухпроводной линии соответствующего интерфейсу IEPE и его аналогам. В этом интерфейсе в измерительном приборе используют генератор постоянного тока, питаемый от источника постоянного напряжения и подключаемый через первый провод к выводу питания/сигнала, а второй провод линии связи является общим [Felix Levinzon. Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics. Springer, 2015 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 технологии. Кроме того, минимальный ток питания в 2 мА часто недостаточен для питания датчиков МЭМС. Выходное напряжение датчика при отсутствии сигнала порядка 10-14 Вольт и при подаче на выход напряжения питания выше указанной величины, например при повреждении генератора тока или ошибке монтажа, вызывает повреждение датчика. Работа датчиков такого типа основана на изменении сопротивления в цепи постоянного тока, пропорционально измеряемой величине и передаче по линии связи напряжения, формируемого на выходе системы передачи аналогового сигнала.Known systems for transmitting signals from sensors with an analog output (for example, vibrations — 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, a measuring device uses a direct current generator, powered from a constant voltage source and connected through the first wire to the power / signal output, and the second wire of the communication line is common [Felix Levinzon. Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics. Springer, 2015 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 value of the 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 sensors. The output voltage of the sensor in the absence of a 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, causes damage to the sensor. The operation of sensors of this type is based on a change in the resistance in the direct current circuit, proportionally to the measured value and transmission through the communication line of the voltage generated at the output of the analog signal transmission system.

Известно решение передачи сигналов датчика с аналоговым выходом 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, опубл. 1967]. Недостатком такого решения является необходимость использования встроенного в датчик источника питания.A known solution is the transmission of sensor signals with an analog output via a two-wire line, in which the signal is transmitted along the signal line to the signal receiver, moreover, on the signal receiver side, the signal transmission line is connected to the input of the signal receiver via a capacitor, and the common bus of the signal receiver is connected to the common sensor bus [ Patent US 3356868, NPK 310/3187, IPC G01P 15/09; H03F 3/70, prior. 1963, publ. 1967]. The disadvantage of this solution is the need to use a power source integrated in the sensor.

Известны системы передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом, использующие датчики со 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, опубл. 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 связи, что существенно увеличивает затраты на них.The disadvantage of this solution is the need to use a three-wire communication line, 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, включенного 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, опубл. 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 sensing element connected to a matching amplifier that converts the signal of the sensing element into a change in resistance connected between the output and the common bus of the signal transmission line, which in the receiver is connected through a current-sensing resistor to the bus of the power source and to the input of the matching receiving amplifier. [Patent US 3400284, NPK 310/319, IPC G01P 15/09, prior. 1966, publ. 1968, as well as RE 28596 US, NPK 310/319, IPC G01P 15/09, prior. 1973, publ. 1975].

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, и габариты, и 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 the common power source, and hence the use of relatively high-voltage elements having an increased cost, size, and reduced reliability.

Аналогичные свойства и недостатки присущи техническим решениям, соответствующим интерфейсу IEPE и его аналогов: 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 по двухпроводной линии связи в виде токового сигнала (токовая петля), в которых датчик питается от положительной шины источника постоянного напряжения, а в датчике имеется управляемый генератор тока, ток которого зависит от сигнала первичного измерительного преобразователя, причем выход управляемого генератора тока соединен через второй провод двухпроводной линии 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 through a two-wire communication line in the form of a current signal (current loop), in which the sensor is powered by a positive bus of a constant voltage source, and the sensor has a controlled current generator, the current of which depends on the signal of the primary measuring transducer, and the output of the controlled generator current is connected through the second wire of the two-wire communication line to the first terminal of the current-receiving resistor, the second terminal of which is connected to the negative bus of the power source in by me parts of the system [Patent US 4178525, NPK 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 МЭМС. 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, 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 a MEMS sensor. In addition, both connecting conductors are not connected to the common bus of the measuring device and the constant voltage power supply, which requires the introduction of an additional input contact for connecting the screen 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 обеспечивает передачу напряжения питания по двухпроводной линии с нужной, сравнительно низкой, величиной напряжения, близкой к напряжению питания электроники первичного измерительного преобразователя (датчика) и передачей аналогового сигнала изменением величины тока в двухпроводной линии связи за счет регулирования тока в выходной цепи датчика. Это снижает требования к величине напряжения питания и обеспечивает использование общих шин выходных цепей, к которой 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 provides for the transmission of the supply voltage via a two-wire line with the desired, relatively low, voltage value close to the supply voltage of the electronics of the primary measuring transducer (sensor) and transmission of the analog signal by changing the current value in the two-wire communication line by regulating the current in the sensor output circuit. This reduces the requirements for the value of the supply voltage and ensures the use of common buses of the 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 частях, например 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, for example 5 volts or 3.3 volts and below, typical for a modern electronic base.

Наиболее близким к предложенному является система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащая датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом элемента импеданса, выход которого соединен с выводом питания датчика с аналоговым выходом, концы первого и второго проводов двухпроводной линии связи 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 связи соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом [Patent US 2012/001328 А1, МПК G01B 7/14, НКИ 324/7.15, приор. 2010, опубл. 19.01.2012].Closest to the proposed one is a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, comprising a sensor with an analog output, the output of which is connected to the input of an impedance element, the output of which is connected to a sensor power output with an analog output, the ends of the first and second wires of a two-wire communication line 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 a common bus many nodes, and the first end of the second wire of a two-wire communication line is connected to a common output of the sensor with an analog output [Patent US 2012/001328 A1, IPC G01B 7/14, NKI 324 / 7.15, prior. 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, также 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 ограничивает область применения такого решения по габаритам, весу, стоимости и надежности.The disadvantage of this device is its relatively low cost-effectiveness, since it requires a relatively high supply voltage, which ensures the operation of a direct current source also used in the receiving unit, and 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 limits the scope of such solutions for dimensions, weight, cost and reliability.

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 (fig. 3A), причем оба этих варианта требуют существенного увеличения напряжения питания.In addition, if you are using a node with controlled resistance in the receiving node, you must use a current source 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), both of which options require a significant increase in supply voltage.

Устранение указанных недостатков 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 импедансного элемента, выход которого соединен с выводом питания датчика с аналоговым выходом, у двухпроводной линии связи, концы проводов 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 связи 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, выход токоприемного усилителя является выходом сигнала, а вывод питания датчика с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора напряжения, общий вывод и вход которого соединены соответственно с общим выводом датчика с аналоговым выходом и первым концом первого провода двухпроводной линии связи.The elimination of these disadvantages 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 an input of an impedance element, the output of which is connected to a sensor power output with an analog output, on a two-wire communication line, the ends of the wires 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 a common bus the receiving node, and the first end of the second wire of the two-wire communication line is connected to the common output of the sensor with an analog output, 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 of the DC voltage source and the first contact receiving node, the second contact of which is connected to a common bus, the output of the current-receiving amplifier is a signal output, and the sensor power output with an analog output connected to the output of the voltage regulator, the common output and input of which are connected respectively to the common output of the sensor with an analog output and the first end of the first wire of a two-wire communication line.

Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии связи 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 communication 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 импедансный элемент выполнен в виде резистора.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the impedance element is made in the form of a resistor.

Другое отличие состоит в том, что в системе передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии импедансный элемент выполнен в виде пассивного фильтра нижних частот.Another difference is that in a system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, the impedance element is made in the form of a passive low-pass filter.

Предлагаемое решение поясняется чертежами.The proposed solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана структурная схема системы.In FIG. 1 shows a block diagram of a system.

На фиг. 2-4 показаны структурные схемы некоторых импедансных элементов, реализующих функцию пассивного фильтра нижних частот.In FIG. 2-4 shows the structural diagrams of some impedance elements that implement the function of a passive low-pass filter.

Система передачи сигналов от датчиков 1 с аналоговым выходом по двухпроводной линии 2 связи содержит датчик 1 с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом импедансного элемента 3, выход которого соединен с выводом питания датчика 1 с аналоговым выходом, у двухпроводной линии 2 связи, концы проводов 4 и 5 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, а первый конец второго провода двухпроводной линии 2 связи соединен с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом, приемный узел 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, выход токоприемного усилителя 12 является выходом 13 сигнала, а вывод питания датчика 1 с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора 14 напряжения, общий вывод и вход которого соединены соответственно с общим выводом датчика 1 с аналоговым выходом и первым концом первого провода 4 двухпроводной линии связи 2.The system for transmitting signals from sensors 1 with an analog output over a two-wire communication line 2 contains a sensor 1 with an analog output, the output of which is connected to the input of an impedance element 3, the output of which is connected to the power output of the sensor 1 with an analog output, at a two-wire communication line 2, the ends of the wires 4 and 5 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 a common bus 11 of the receiving node, and the first end of the second the wires of the two-wire communication line 2 is connected to the common output of the sensor 1 with an analog output, the receiving unit 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 node 8, the second contact 7 of which is connected to a common bus 11, the output of the current-receiving amplifier 12 is a signal output 13, and the power output of the sensor 1 with an analog output is connected to the output of a voltage balancer 14, the common terminal and input of which are connected respectively to the common terminal of the sensor 1 with an analog output and the first end of the first wire 4 of the two-wire communication line 2.

Источник 10 постоянного напряжения может содержать шунтирующий конденсатор 15, который соединен с положительной и отрицательной шинами этого источника 10.The DC voltage source 10 may include a shunt capacitor 15, which is connected to the positive and negative buses of this source 10.

В простейшем случае импедансный элемент 3 может быть выполнен в виде резистора.In the simplest case, the impedance element 3 can be made in the form of a resistor.

Для подавления, например, высокочастотных резонансов датчика 1 импедансный элемент 3 может быть выполнен в виде пассивного фильтра нижних частот.To suppress, for example, high-frequency resonances of the sensor 1, the impedance element 3 can be made in the form of a passive low-pass filter.

Показанное на фиг. 2 выполнение импедансного элемента 3 реализовано с использованием резистора 16 и конденсатора 17, причем резистор 16 включен между входом и выходом импедансного элемента 3, а конденсатор включен между его выходом и общей шиной 11.Shown in FIG. 2, the implementation of the impedance element 3 is implemented using a resistor 16 and a capacitor 17, and a resistor 16 is connected between the input and output of the impedance element 3, and a capacitor is connected between its output and the common bus 11.

Показанное на фиг. 3 выполнение импедансного элемента 3 реализовано с использованием резистора 16, дополнительного резистора 18 и конденсатора 17, причем резистор 16 и дополнительный резистор 18 соединены последовательно и включены между входом и выходом импедансного элемента, а конденсатор включен между общим контактом резистора 16 и дополнительного резистора 18 и общей шиной 11.Shown in FIG. 3, the implementation of the impedance element 3 is implemented using a resistor 16, an additional resistor 18 and a capacitor 17, and the resistor 16 and the additional resistor 18 are connected in series and connected between the input and output of the impedance element, and the capacitor is connected between the common contact of the resistor 16 and the additional resistor 18 and the common tire 11.

Показанное на фиг. 4 выполнение импедансного элемента 3 реализовано с использованием резистора 16 и индуктивности 19, которые соединены последовательно и включены между входом и выходом импедансного элемента 3.Shown in FIG. 4, the implementation of the impedance element 3 is implemented using a resistor 16 and an inductance 19, which are connected in series and connected between the input and output of the impedance element 3.

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 элемент 3, который преобразует этот сигнал изменения общего тока, поступающего по линии связи 2.A sensor 1 with an analog output converts a controlled physical quantity into an analog electrical signal, such as a charge or voltage. This signal is supplied to element 3, which converts this signal changes the total current flowing through communication line 2.

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.If in systems with the IEPE interface through the node 3 and the rest of the circuit, a constant current flows from the current generator in the receiving node 3, and in systems with the “current loop” interface, the constant voltage applied to the input part is accompanied by a change in current due to the use of the built-in controlled current generator, in the proposed device can vary within relatively small limits, both the current and the voltage of the sensor.

Изменения напряжения питания датчика в предлагаемом устройстве сравнительно невелики, поскольку это напряжение отличается от напряжения источника 10 на величину падения на токоприемном резисторе 9, типовая величина которого для токоприемных усилителей 12 не превышает нескольких 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 source 10 by the magnitude of the drop on the current-receiving resistor 9, the typical value of which for current-receiving amplifiers 12 does not exceed several Ohms. Since the gain of the current-receiving amplifier 12 is usually very significant, the output signal at the output 13 is quite large.

Для схемы, показанной на фиг. 1, величина тока, формируемого для передачи по линии, определяется суммой тока потребления собственно датчика 1 с аналоговым выходом и током через импедансный элемент 3.For the circuit shown in FIG. 1, the magnitude of the current generated for transmission through the line is determined by the sum of the current consumption of the actual sensor 1 with an analog output and current through the impedance element 3.

Поскольку изменения напряжения, передваемое по линии связи, невелики, поступающее на датчик 1 напряжение питания достаточно для его нормального функционирования. Чтобы обеспечить большую стабильность характеристик, в схеме использован стабилизатор 14 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 communication line are small, the supply voltage to the sensor 1 is sufficient for its normal functioning. To ensure greater stability of characteristics, a voltage stabilizer 14 is used in the circuit. To provide better performance, this stabilizer can be designed as having a low internal drop (LDO) between input and output.

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, предлагаемое решение использует такой режим, как основной рабочий. Отсутствие в приемном узле 8 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, хотя входное сопротивление приемного узла большое. Или в интерфейсе токовой петли, для которого типично низкое входное сопротивление, обеспечивающее повышенную помехоустойчивость, хотя выходное сопротивление источника токового сигнала высокое, предлагаемое решение характеризуется низким внутренним сопротивлением для наводок как со стороны источника, так и приемника сигналов, что обеспечивает повышенную помехоустойчивость.In contrast to using the IEPE interface, for which it is unacceptable to directly connect the common bus for transmitting power and signal to the power bus of the receiving node, leading to damage to the circuit, the proposed solution uses such a mode as the main working one. The absence of a current generator or current generator in the receiving node 8 of 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, although the input impedance of the receiving node is large. Or in the interface of the current loop, for which a typically low input impedance, providing increased noise immunity, although the output impedance of the current signal source is high, the proposed solution is characterized by low internal resistance for interference both from the source and the signal 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 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 source 10 at, for example, +5 or +3.3 volts and for its implementation does not require the use of elements with an operating voltage above the specified ones. This allows you to significantly expand its scope, increase reliability and reduce cost and dimensions, since elements with low operating voltage are cheaper, more reliable, smaller in size and weight.

Claims (4)

1. Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии, содержащая датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом импедансного элемента, выход которого соединен с выводом питания датчика с аналоговым выходом, у двухпроводной линии связи концы проводов 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 связи соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом первого провода двухпроводной линии связи, отличающаяся тем, что 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, выход токоприемного усилителя является выходом сигнала, а вывод питания датчика с аналоговым выходом соединен с выходом стабилизатора напряжения, общий вывод и вход которого соединены соответственно с общим выводом датчика с аналоговым выходом и первым концом первого провода двухпроводной линии связи.1. A system for transmitting signals from sensors with an analog output via a two-wire line, comprising a sensor with an analog output, the output of which is connected to an input of an impedance element, the output of which is connected to a sensor power output with an analog output, on a two-wire communication line, the ends of the wires are connected to the first and second the 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 is two-wire the communication line is connected to a 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 communication line, characterized in that 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 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, the output of the current-receiving amplifier is the output m of the signal, and the power output of the sensor with an analog output is connected to the output of the voltage regulator, the common output and input of which are connected respectively to the general output of the sensor with an analog output and the first end of the first wire of a two-wire communication line. 2. Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии по п. 1, отличающаяся тем, что источник постоянного напряжения содержит шунтирующий конденсатор, который соединен с положительной и отрицательной шинами этого источника.2. A system for transmitting signals from sensors with an analog output over a two-wire line according to claim 1, characterized in that the DC voltage source contains a shunt capacitor that is connected to the positive and negative buses of this source. 3. Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии по п. 1, отличающаяся тем, что импедансный элемент выполнен в виде резистора.3. A system for transmitting signals from sensors with an analog output over a two-wire line according to claim 1, characterized in that the impedance element is made in the form of a resistor. 4. Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии по п. 1, отличающаяся тем, что импедансный элемент выполнен в виде пассивного фильтра нижних частот.4. A system for transmitting signals from sensors with an analog output over a two-wire line according to claim 1, characterized in that the impedance element is made in the form of a passive low-pass filter.
RU2016144376A 2016-11-11 2016-11-11 Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line RU2646311C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144376A RU2646311C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144376A RU2646311C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646311C1 true RU2646311C1 (en) 2018-03-02

Family

ID=61568645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144376A RU2646311C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646311C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1982000729A1 (en) * 1980-08-20 1982-03-04 Inc Rosemount Low power transmitter
SU1224811A1 (en) * 1984-10-15 1986-04-15 Специальное Конструкторское Бюро По Механизации И Автоматизации Технологических Операций При Транспорте И Хранении Нефтепродуктов "Транснефтеавтоматика" Device for transmission of electric signals via two-wire communication line
RU2023310C1 (en) * 1991-12-26 1994-11-15 Научное конструкторское бюро "Миус" Device for transmitting and receiving information via two-wire communication line
US20120013328A1 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 Metrix Instrument Co., Lp Dual wire dynamic proximity transducer interface for use in proximity transducer system and proximity transducer system including the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1982000729A1 (en) * 1980-08-20 1982-03-04 Inc Rosemount Low power transmitter
SU1224811A1 (en) * 1984-10-15 1986-04-15 Специальное Конструкторское Бюро По Механизации И Автоматизации Технологических Операций При Транспорте И Хранении Нефтепродуктов "Транснефтеавтоматика" Device for transmission of electric signals via two-wire communication line
RU2023310C1 (en) * 1991-12-26 1994-11-15 Научное конструкторское бюро "Миус" Device for transmitting and receiving information via two-wire communication line
US20120013328A1 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 Metrix Instrument Co., Lp Dual wire dynamic proximity transducer interface for use in proximity transducer system and proximity transducer system including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4296811B2 (en) Physical quantity sensor device
US20100244813A1 (en) Bridge sensor with collocated electronics and two-wire interface
US10247633B2 (en) Combustion pressure sensor with built-in charge amplifier
JP3823272B2 (en) Intrinsically safe sensor circuit
US8593214B2 (en) Field device for process instrumentation
KR20090009322A (en) Current interface with a blocking capacitor attached to an additional pin
CN110514869B (en) Electronic device for measuring specific quantity by using two-wire interface
EP3121496B1 (en) Positioner
RU2707413C2 (en) Universal sensor interface for machine monitoring system
RU2646311C1 (en) Signal transmission system from sensors with analogue output for the two-wireless communication line
RU2642807C1 (en) System for signal transmission from sensors with analogue output via a two-wireless line (options)
WO2010100754A1 (en) Detection system and electric system
CN206281870U (en) Acceleration transducer
RU2701207C1 (en) Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of objects
JPH06508685A (en) Method and system for testing capacitive acoustic transducers
CN106771353B (en) Acceleration sensor
EP3118502B1 (en) Positioner
RU2693928C1 (en) Device for transmitting analogue signals from sensors along a two-wire line
US7331240B2 (en) Apparatus and method for connecting vehicle wheel sensors to a controller
RU2684002C1 (en) Multichannel data acquisition device for sensors with a two-wire interface
CN114414842B (en) Circuit capable of being used for static acceleration measurement and measuring device
US10570008B2 (en) Sensing device
US11897762B2 (en) Digital microphone with over-voltage protection
RU2688257C1 (en) Device for transmitting signals from a multicomponent vibration sensor with built-in electronics
CN105527867B (en) Field device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181112