一种电解槽阳极电流测量装置用矩波调节型信号处理系统的制作方法

本发明涉及的是一种处理系统，具体的说，是一种电解槽阳极电流测量装置用矩波调节型信号处理系统。

背景技术：

在国内铝电解行业中预焙电解槽生产过程中通常需要对阳极电流的分布进行测量，传统的阳极电流检测系统是采用离线等距电压降的人工测量方法，由于离线等距电压降的人工测量方法每次只能测量一个阳极，操作完后再进行下一个阳极的测量，该测量方法的测量程序繁复、工作量大，并且测量时间长，导致测量结果存在时间差，不能真实反映电解槽阳极电流的分布情况。随着铝电解行业的不断发展，人们对阳极电流检测系统也进行了改进，即在用于固定连接阳极杆的母线的夹板的一侧设置一个或多个用于对母线的工作电流进行检测的可自动伸缩的探针，该探针通过电连接的方式与信号采集器相连接，信号采集器则将采集的信息人通过信号处理系统进行处理后传输给后台的控制中心，控制中心通过对接收的信息进行换算后便可得到电解槽阳极杆的电流值。而这种电解槽阳极电流测量装置对阳极杆的电流检测是否准确，则取决于电解槽阳极电流测量装置中信号处理系统对信号处理是否准确。

然而，现有的电解槽阳极电流测量装置中信号处理系统的对信号处理的效果不佳，导致电解槽阳极电流测量装置所检测到的阳极杆的电流信息不准确。因此，提供一种能提高对信号进行分析处理效果的电解槽阳极电流测量装置用信号处理系统便是当务之急。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的电解槽阳极电流测量装置中信号处理系统的对信号处理的效果不佳的缺陷，提供的一种电解槽阳极电流测量装置用矩波调节型信号处理系统。

为了实现上述目的，本发明采用的方案如下：一种电解槽阳极电流测量装置用矩波调节型信号处理系统，主要由处理芯片U，信号采集器JS，三极管VT4，正极与三极管VT4的发射极相连接、负极经电感L2后与处理芯片U的COMP管脚相连接的极性电容C12，正极与处理芯片U的B管脚相连接、负极与处理芯片U的COMP管脚相连接的极性电容C11，一端与三极管VT4的集电极相连接、另一端接地的电阻R18，P极经电阻R19后与三极管VT4的基极相连接、N极与处理芯片U的OUT管脚相连接的二极管D7，P极与处理芯片U的CS管脚相连接、N极与处理芯片U的GND管脚相连接后接地的二极管D8，与信号采集器JS相连接的二阶低通滤波电路，串接在二阶低通滤波电路与处理芯片U之间的发射极耦合逻辑电路，串接在发射极耦合逻辑电路与处理芯片U的IN管脚之间的信号调理电路，分别与处理芯片U的OUT管脚和G管脚相连接的线性隔离电路，以及串接在处理芯片U的CLK管脚与线性隔离电路之间的信号电平调节电路组成；所述处理芯片U的OUT管脚还与信号电平调节电路相连接、其VC管脚则与外部12V直流电源相连接；所述极性电容C12的负极还与处理芯片U的B管脚相连接；所述二极管D7的P极还与处理芯片U的IN管脚相连接。

进一步的，所述信号调理电路由放大器P4，三极管VT9，正极经电阻R43后与放大器P4的正极相连接、负极与发射极耦合逻辑电路相连接的极性电容C25，正极经电阻R44后与极性电容C25的负极相连接、负极接地的极性电容C26，N极与三极管VT9的集电极相连接、P极经电阻R39后与极性电容C25的负极相连接的二极管D17，一端与二极管D17的P极相连接、另一端与极性电容C25的负极相连接的可调电阻R41，负极与三极管VT9的集电极相连接、正极经电阻R40后与放大器P4的输出端相连接的极性电容C27，正极经电阻R42后与三极管VT9的基极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的极性电容C28，N极经电阻R47后与放大器P4的输出端相连接、P极顺次经电阻R48和电感L5后与放大器P4的负极相连接的二极管D19，正极经电阻R49后与二极管D19的N极相连接、负极与电阻R48与电感L5的连接点相连接的极性电容C30，正极经可调电阻R46后与放大器P4的负极相连接、负极与极性电容C30的负极相连接后接地的极性电容C29，以及P极与极性电容C25的正极相连接、N极经电阻R45后与极性电容C29的正极相连接的二极管D18组成；所述放大器P4的正极还与三极管VT9的发射极相连接、其输出端还与处理芯片U的IN管脚相连接。

所述信号电平调节电路由三极管VT6，三极管VT7，三极管VT8，负极与三极管VT6的基极相连接、正极与处理芯片U的CLK管脚相连接的极性电容C19，一端与三极管VT6的发射极相连接、另一端接地的可调电阻R29，负极与三极管VT7的基极相连接、正极与可调电阻R29的调节端相连接的极性电容C21，P极经电阻R30后与极性电容C21的正极相连接、N极经电阻R33后与三极管VT7的发射极相连接的二极管D14，正极经电感L4后与三极管VT6的集电极相连接、负极与二极管D14的N极相连接的极性电容C20，P极经电阻R28后与三极管VT6的集电极相连接、N极经电阻R31后与极性电容C20的负极相连接的二极管D13，正极与极性电容C20的负极相连接、负极经电阻R36后与三极管VT8的集电极相连接的极性电容C22，N极与三极管VT8的基极相连接、P极经电阻R35后与极性电容C20的负极相连接的二极管D15，正极经电阻R37后与极性电容C22的负极相连接、负极与三极管VT8的发射极相连接的极性电容C24，P极经电阻R38后与三极管VT8的发射极相连接、N极接地的二极管D16，一端与二极管D15的P极相连接、另一端与二极管D16的N极相连接的可调电阻R34，以及正极电阻R32后与三极管VT7的集电极相连接、负极与二极管D16的N极相连接的极性电容C23组成；所述极性电容C23的正极接地；所述二极管D16的N极还与线性隔离电路相连接。

所述二阶低通滤波电路由放大器P1，三极管VT1，三极管VT2，正极与该放大器P1的正极相连接、负极与信号采集器JS的输出端极相连接的极性电容C1，正极经电阻R2后与放大器P1的正极相连接、负极经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接的极性电容C2，一端与极性电容C2的负极相连接、另一端接地的电阻R3，N极与三极管VT1的集电极相连接、P极与发射极耦合逻辑电路相连接的稳压二极管D1，正极与三极管VT1的基极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的极性电容C3，一端与三极管VT1的基极相连接、另一端与放大器P1的输出端相连接的电阻R4，一端与放大器P1的负极相连接、另一端与放大器P1的输出端相连接的电感L1，P极与放大器P1的负极相连接、N极经电阻R5后与三极管VT2的基极相连接的二极管D2，正极经电阻R6后与放大器P1的负极相连接、负极接地的极性电容C4，P极与极性电容C4的负极相连接、N极经电阻R8后与三极管VT2的发射极相连接的二极管D3，以及一端与二极管D2的N极相连接、另一端与二极管D3的P极相连接的可调电阻R7组成；所述放大器P1的输出端与三极管VT2的集电极相连接；所述放大器P1的输出端还与发射极耦合逻辑电路相连接。

所述发射极耦合逻辑电路由放大器P2，三极管VT3，场效应管MOS1，N极经电阻R13后与三极管VT3的基极相连接、P极与放大器P1的输出端相连接的二极管D5，正极与二极管D5的P极相连接、负极经电阻R15后与放大器P2的负极相连接的极性电容C9，P极与放大器P2的负极相连接、N极经电阻R16后与放大器P2的输出端相连接的二极管D6，正极经电阻R17后与放大器P2的负极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的极性电容C10，P极与放大器P2的正极相连接、N极经电阻R11后与三极管VT3的集电极相连接的二极管D4，正极与场效应管MOS1的漏极相连接、负极与二极管D4的P极相连接的极性电容C6，正极与二极管D4的P极相连接、负极接地的极性电容C7，正极与场效应管MOS1的栅极相连接、负极经电阻R10后与三极管VT3的集电极相连接的极性电容C5，一端与场效应管MOS1的源极相连接、另一端接地的电阻R9，以及正极经电阻R12后与三极管VT3的集电极相连接、负极经电阻R14后与放大器P2的输出端相连接的极性电容C8组成；所述放大器P2的负极接地、其正极还与二极管D5的N极相连接、其输出端分别与三极管VT3的发射极和极性电容C25的负极相连接；所述场效应管MOS的源极分别与稳压二极管D1的P极和处理芯片U的VC管脚相连接。

所述线性隔离电路由放大器P3，场效应管MOS2，三极管VT5，正极与二极管D16的N极相连接、负极经电阻R20后与场效应管MOS2的源极相连接的极性电容C13，正极与场效应管MOS2的漏极相连接、负极接地的极性电容C16，正极经电阻R21后与场效应管MOS2的源极相连接、负极经电感L3后与极性电容C16的负极相连接的极性电容C15，一端与极性电容C16的负极相连接、另一端与三极管VT5的集电极相连接的可调电阻R25，P极与极性电容C16的负极相连接、N极与三极管VT5的集电极相连接的二极管D10，正极经电阻R26后与放大器P3的负极相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的极性电容C17，P极与放大器P3的负极相连接后接地、N极经电阻R27后与放大器P3的输出端相连接的二极管D11，P极与放大器P3的正极相连接、N极经电阻R23后与放大器P3的输出端相连接的二极管D9，正极与放大器P3的输出端相连接、负极接地的极性电容C18，以及正极经电阻R22后与场效应管MOS2的栅极相连接、负极经电阻R24后与放大器P3的输出端相连接的极性电容C14组成；所述三极管VT5的集电极还与放大器P3的负极相连接、其发射极与放大器P3的正极相连接、其基极与处理芯片U的OUT管脚相连接；所述处理芯片U的G管脚与极性电容C14的正极相连接；所述放大器P3的输出端作为线性隔离电路是的输出端。

为了本发明的实际使用效果，所述处理芯片U则优先采用了MB40978集成芯片来实现。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明设计合理，整体结构简单，使用效果佳，能很好的确保电解槽阳极电流测量装置对阳极杆的电流进行的准确测量。

(2)本发明能对信号中存在的不必要的高频成分进行消除或抑制；并且本发明能对信号的静态工作点进行调整，使信号的静态工作点保持稳定，同时对信号中的差模信号进行放大，对信号中的共模信号进行抑制，有效的抑制了信号的零点漂移，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果，确保了电解槽阳极电流测量装置对阳极杆的电流测量的准确性。

(3)本发明能对矩形波信号的占空比进行调整，使输出信号的信号电平保持稳定，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果。

(4)本发明能对信号的电平进行调整，并能对信号中的电流谐波进行消除或抑制，使信号更干净、更稳定，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果。

(5)本发明能对输出信号时产生的峰值电流进行调节或抑制，使峰值电流不超过5mA，有效的降低信号输出时出现失真的概率，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的信号电平调节电路的电路结构示意图。

图3为本发明的信号调理电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

实施时，本发明主要由处理芯片U，信号采集器JS，三极管VT4，电阻R18，电阻R19，极性电容C11，极性电容C12，电感L2，二极管D7，二极管D8，信号调理电路，信号电平调节电路，二阶低通滤波电路，发射极耦合逻辑电路，以及线性隔离电路组成。

连接时，极性电容C12的正极与三极管VT4的发射极相连接，负极经电感L2后与处理芯片U的COMP管脚相连接。极性电容C11的正极与处理芯片U的B管脚相连接，负极与处理芯片U的COMP管脚相连接。电阻R18的一端与三极管VT4的集电极相连接，另一端接地。

同时，二极管D7的P极经电阻R19后与三极管VT4的基极相连接，N极与处理芯片U的OUT管脚相连接。二极管D8的P极与处理芯片U的CS管脚相连接，N极与处理芯片U的GND管脚相连接后接地。二阶低通滤波电路与信号采集器JS相连接。发射极耦合逻辑电路串接在二阶低通滤波电路与处理芯片U之间。信号调理电路串接在发射极耦合逻辑电路与处理芯片U的IN管脚之间。线性隔离电路分别与处理芯片U的OUT管脚和G管脚相连接。信号电平调节电路串接在处理芯片U的CLK管脚与线性隔离电路之间。

所述处理芯片U的OUT管脚还与信号电平调节电路相连接，其VC管脚则与外部12V直流电源相连接；所述极性电容C12的负极还与处理芯片U的B管脚相连接；所述二极管D7的P极还与处理芯片U的IN管脚相连接。

实施时，本发明中的电感L2、极性电容C11、极性电容C12、电阻R19和二极管D7共同形成高阻栽波器，该高阻栽波器能有效的消除外界的电磁波干扰信号，确保了处理芯片U工作时的稳定性和可靠性。本发明的信号采集器JS的信号输入极与电解槽阳极电流测量装置的探针电连接，该信号采集器JS用于接收探针采集的电解槽阳极电流信息。其中，为了本发明的实际使用效果，所述处理芯片U则优先采用了MB40978集成芯片来实现。

进一步地，所述二阶低通滤波电路由放大器P1，三极管VT1，三极管VT2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，可调电阻R7，电阻R8，极性电容C1，极性电容C2，极性电容C3，极性电容C4，电感L1，稳压二极管D1，二极管D2，以及二极管D3组成。

连接时，极性电容C1的正极与该放大器P1的正极相连接，负极与信号采集器JS的输出端极相连接。极性电容C2的正极经电阻R2后与放大器P1的正极相连接，负极经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接。电阻R3的一端与极性电容C2的负极相连接，另一端接地。稳压二极管D1的N极与三极管VT1的集电极相连接，P极与发射极耦合逻辑电路相连接。

其中，极性电容C3的正极与三极管VT1的基极相连接，负极与放大器P1的输出端相连接。电阻R4的一端与三极管VT1的基极相连接，另一端与放大器P1的输出端相连接。电感L1的一端与放大器P1的负极相连接，另一端与放大器P1的输出端相连接。二极管D2的P极与放大器P1的负极相连接，N极经电阻R5后与三极管VT2的基极相连接。

同时，极性电容C4的正极经电阻R6后与放大器P1的负极相连接，负极接地。二极管D3的P极与极性电容C4的负极相连接，N极经电阻R8后与三极管VT2的发射极相连接。可调电阻R7的一端与二极管D2的N极相连接，另一端与二极管D3的P极相连接。所述放大器P1的输出端与三极管VT2的集电极相连接；所述放大器P1的输出端还与发射极耦合逻辑电路相连接。

更进一步地，所述发射极耦合逻辑电路由放大器P2，三极管VT3，场效应管MOS1，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，极性电容C5，极性电容C6，极性电容C7，极性电容C8，极性电容C9，极性电容C10，二极管D4，二极管D5，以及二极管D6组成。

连接时，二极管D5的N极经电阻R13后与三极管VT3的基极相连接，P极与放大器P1的输出端相连接。极性电容C9的正极与二极管D5的P极相连接，负极经电阻R15后与放大器P2的负极相连接。二极管D6的P极与放大器P2的负极相连接，N极经电阻R16后与放大器P2的输出端相连接。极性电容C10的正极经电阻R17后与放大器P2的负极相连接，负极与放大器P2的输出端相连接。

其中，二极管D4的P极与放大器P2的正极相连接，N极经电阻R11后与三极管VT3的集电极相连接。极性电容C6的正极与场效应管MOS1的漏极相连接，负极与二极管D4的P极相连接。极性电容C7的正极与二极管D4的P极相连接，负极接地。

同时，极性电容C5的正极与场效应管MOS1的栅极相连接，负极经电阻R10后与三极管VT3的集电极相连接。电阻R9的一端与场效应管MOS1的源极相连接，另一端接地。极性电容C8的正极经电阻R12后与三极管VT3的集电极相连接，负极经电阻R14后与放大器P2的输出端相连接。

所述放大器P2的负极接地，其正极还与二极管D5的N极相连接，其输出端分别与三极管VT3的发射极和极性电容C25的负极相连接；所述场效应管MOS的源极分别与稳压二极管D1的P极和处理芯片U的VC管脚相连接。

再进一步地，所述线性隔离电路由放大器P3，场效应管MOS2，三极管VT5，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，可调电阻R25，电阻R26，电阻R27，极性电容C13，极性电容C14，极性电容C15，极性电容C16，极性电容C17，极性电容C18，电感L5，二极管D9，二极管D10，以及二极管D11组成。

连接时，极性电容C13的正极与二极管D16的N极相连接，负极经电阻R20后与场效应管MOS2的源极相连接。极性电容C16的正极与场效应管MOS2的漏极相连接，负极接地。极性电容C15的正极经电阻R21后与场效应管MOS2的源极相连接，负极经电感L3后与极性电容C16的负极相连接。

其中，可调电阻R25的一端与极性电容C16的负极相连接，另一端与三极管VT5的集电极相连接。二极管D10的P极与极性电容C16的负极相连接，N极与三极管VT5的集电极相连接。极性电容C17的正极经电阻R26后与放大器P3的负极相连接，负极与放大器P3的输出端相连接。二极管D11的P极与放大器P3的负极相连接后接地，N极经电阻R27后与放大器P3的输出端相连接。

同时，二极管D9的P极与放大器P3的正极相连接，N极经电阻R23后与放大器P3的输出端相连接。极性电容C18的正极与放大器P3的输出端相连接，负极接地。极性电容C14的正极经电阻R22后与场效应管MOS2的栅极相连接，负极经电阻R24后与放大器P3的输出端相连接。

所述三极管VT5的集电极还与放大器P3的负极相连接，其发射极与放大器P3的正极相连接，其基极与处理芯片U的OUT管脚相连接；所述处理芯片U的G管脚与极性电容C14的正极相连接；所述放大器P3的输出端作为线性隔离电路是的输出端并与电解槽阳极电流测量装置的控制中心的输入端相连接。

如图2所示，所述信号电平调节电路由三极管VT6，三极管VT7，三极管VT8，电阻R28，可调电阻R29，电阻R30，电阻R31，电阻R32，电阻R33，可调电阻R34，电阻R35，电阻R36，电阻R37，电阻R 38，极性电容C19，极性电容C20，极性电容C21，极性电容C22，极性电容C23，极性电容C24，电感L4，二极管D13，二极管D14，二极管D15，以及二极管D16组成。

连接时，极性电容C19的负极与三极管VT6的基极相连接，正极与处理芯片U的CLK管脚相连接。可调电阻R29的一端与三极管VT6的发射极相连接，另一端接地。极性电容C21的负极与三极管VT7的基极相连接，正极与可调电阻R29的调节端相连接。二极管D14的P极经电阻R30后与极性电容C21的正极相连接，N极经电阻R33后与三极管VT7的发射极相连接。

其中，极性电容C20的正极经电感L4后与三极管VT6的集电极相连接，负极与二极管D14的N极相连接。二极管D13的P极经电阻R28后与三极管VT6的集电极相连接，N极经电阻R31后与极性电容C20的负极相连接。极性电容C22的正极与极性电容C20的负极相连接，负极经电阻R36后与三极管VT8的集电极相连接。二极管D15的N极与三极管VT8的基极相连接，P极经电阻R35后与极性电容C20的负极相连接。

同时，极性电容C24的正极经电阻R37后与极性电容C22的负极相连接，负极与三极管VT8的发射极相连接。二极管D16的P极经电阻R38后与三极管VT8的发射极相连接，N极接地。可调电阻R34的一端与二极管D15的P极相连接，另一端与二极管D16的N极相连接。极性电容C23的正极电阻R32后与三极管VT7的集电极相连接，负极与二极管D16的N极相连接。所述极性电容C23的正极接地；所述二极管D16的N极还与线性隔离电路相连接。

如图3所示，所述信号调理电路由放大器P4，三极管VT9，电阻R39，电阻R40，可调电阻R41，电阻R42，电阻R43，电阻R44，电阻R45，可调电阻R46，电阻R47，电阻R48，电阻R49，极性电容C25，极性电容C26，极性电容C27，极性电容C28，极性电容C29，极性电容C30，二极管D17，二极管D18，二极管D19，以及电感L5组成。

连接时，极性电容C25的正极经电阻R43后与放大器P4的正极相连接，负极与发射极耦合逻辑电路相连接。极性电容C26的正极经电阻R44后与极性电容C25的负极相连接，负极接地。二极管D17的N极与三极管VT9的集电极相连接，P极经电阻R39后与极性电容C25的负极相连接。可调电阻R41的一端与二极管D17的P极相连接，另一端与极性电容C25的负极相连接。

其中。极性电容C27的负极与三极管VT9的集电极相连接，正极经电阻R40后与放大器P4的输出端相连接。极性电容C28的正极经电阻R42后与三极管VT9的基极相连接，负极与放大器P4的输出端相连接。二极管D19的N极经电阻R47后与放大器P4的输出端相连接，P极顺次经电阻R48和电感L5后与放大器P4的负极相连接。

同时，极性电容C30的正极经电阻R49后与二极管D19的N极相连接，负极与电阻R48与电感L5的连接点相连接。极性电容C29的正极经可调电阻R46后与放大器P4的负极相连接，负极与极性电容C30的负极相连接后接地。二极管D18的P极与极性电容C25的正极相连接，N极经电阻R45后与极性电容C29的正极相连接。所述放大器P4的正极还与三极管VT9的发射极相连接，其输出端还与处理芯片U的IN管脚相连接。

运行时，本发明的二阶低通滤波电路能通过极性电容C1、电感L1和可调电阻R7产生高阻抗，该阻抗能很好对输入信号中的不必要的高频成分进行消除或抑制，同时该电路将处理后的信号进行调整后输出，确保了信号的频率保持稳定。并且本发明的发射极耦合逻辑电路能对信号的静态工作点进行调整，使信号的静态工作点保持稳定，同时对信号中的差模信号进行放大，对信号中的共模信号进行抑制，有效的抑制了信号的零点漂移，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果，确保了电解槽阳极电流测量装置对阳极杆的电流测量的准确性。同时本发明的线性隔离电路通过场效应管MOS2、极性电容C13、电阻R20、电阻R21、极性电容C15、电感L3形成的隔离器能对输出信号时产生的峰值电流进行调节或抑制，并且该电路还通过可调电阻R25、三极管VT5、放大器P3的高阻限流后对信号输出时产生的峰值电流调整到不超过5mA，有效的降低信号输出时出现失真的概率，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果。

其中，本发明为了对信号的电平进行调整，和对信号中的电流谐波进行消除或抑制，使信号更干净、更稳定，因此在发射极耦合逻辑电路与处理芯片U的IN管脚之间设置了信号调理电路，从而确保处理芯片U接收到的信号更干净、更稳定，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果，确保了电解槽阳极电流测量装置对阳极杆的电流测量的准确性。

同时，本发明在处理芯片U的CLK管脚与线性隔离电路之间还设置了信号电平调节电路，该信号电平调节电路能在输入的信号电平超过基准信号电平时通过调节电路中可调电阻R30的阻值来对输入的信号电平进行调节，即使输入信号的电平与基准信号电平一致；同时，该信号电平调节电路还能通过调节可调电阻R34的阻值对信号电平的矩形波占空比进行调整，使输出信号的信号电平保持稳定，从而提高了本发明对信号的分析处理的效果。

按照上述实施例，即可很好的实现本发明。