一、信号采集:原始电位信号的获取
输入接口设计
高阻抗输入:电位传送器通常采用高输入阻抗(≥10MΩ)的缓冲电路(如运算放大器电压跟随器),避免对被测电路产生负载效应。防护电路:集成过压保护(如TVS二极管)、浪涌抑制(如气体放电管)和EMC滤波(如RC低通滤波器),防止外部干扰或过电压损坏设备。
信号类型
直接电位信号:如阴极保护电位、电池电压等。间接电位信号:通过传感器(如热电偶、压力传感器)将温度、压力等物理量转换为电位信号。
二、信号调理:优化信号质量
放大与衰减
放大:对微弱信号(如mV级热电偶信号)进行放大,匹配后续电路的输入范围。衰减:对过强信号(如高电压)进行衰减,防止超出A/D转换器的量程。
滤波处理
低通滤波:消除高频噪声(如50Hz工频干扰),常用截止频率为10-100Hz的RC或LC滤波器。数字滤波:在MCU中实现中值滤波、滑动平均滤波等算法,进一步提高信号稳定性。
线性化与补偿
非线性校正:对传感器输出(如热电偶)进行非线性补偿,确保输出与被测量呈线性关系。温度补偿:通过内置温度传感器或外部补偿电路,修正温度漂移对电位测量的影响。
三、信号转换:模拟到数字或标准化模拟信号
模拟信号转换(如4-20mA输出)
V/I转换:将调理后的电压信号转换为电流信号,常用芯片如XTR115(TI)。
四、信号输出:标准化信号的传输
模拟输出
电流输出(4-20mA):适合长距离传输(>500m),抗干扰能力强,支持回路供电。电压输出(0-10V/0-5V):适合短距离传输(<100m),需注意线路压降和屏蔽。
数字输出
RS485/Modbus:支持多节点通信(最多32个),传输距离可达1.2km(9600bps)。工业以太网:支持高速传输(100Mbps以上),适合实时性要求高的场景。
隔离与供电
两线制:电源与信号共用两根线(如4-20mA回路供电),适合低成本应用。三线制/四线制:独立电源供电,输出信号更稳定,适合高精度需求。电气隔离:采用光电耦合器(如6N137)或变压器隔离输入/输出/电源,防止地电位差干扰。
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