双通道交流电压及频率转换装置的制作方法

本发明涉及信号转换领域，具体地，涉及一种双通道交流电压及频率转换装置。

背景技术：

近几年随着工业测量和控制系统的大量应用，传感器输出信号为多种形式的模拟量，其多数不能被直接使用，而需要经过变送电路将其转换成统一的直流信号，以便于能够被控制仪表、计算机等系统中的测量和控制单元识别。

目前，多数的交流电压及频率信号转换存在精度低、易受外界环境的干扰、静态电流大、满度纹波高、零位温漂高、响应时间长和转换增益小的特点。

因此，急需要提供一种新的转换装置来解决上述技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双通道交流电压及频率转换装置，该装置进一步提高转换效率，同时实现精度高、使用灵活、噪声水平低、响应速度快、有效控制静态电流、零位温漂以及满度纹波需要，权衡了系统的增益，在此基础上实现了双通道交流电压及频率转换。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双通道交流电压及频率转换装置，包括第一待测信号单元、第二待测信号单元、第一转换模块、第二转换模块、第三转换模块、电源模块、第一输出信号单元、第二输出信号单元和第三输出信号单元；其中，

第一待测信号单元的输出端口与第一转换模块的输入端口连接，第二待测信号单元的输出端口与第二转换模块的输入端口连接；电源模块分别与第一转换模块和第二转换模块以及第三转换模块其中的一个输入端口连接，第一待测信号单元和第二待测信号单元的其中一个输出端口分别与第三转换模块的其中一个输入端口连接。

优选地，第一转换模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第一芯片；其中，

第一电阻与第一待测信号单元串联，第一二极管与第一电阻串联，第二二极管与第一二极管并联；

第二电阻与第二二极管并联，第一电容与第二电阻并联；

第三电阻与第一芯片的反向输入端in-连接，第四电阻的一端与第一芯片输入端in+连接，另一端接地；

第五电阻与第六电阻串联后，一端与第一芯片的反向输入端in-连接，另一端与第一芯片的输出端连接，并联在第一芯片两端构成负反馈回路；

第二电容一端与第一芯片的反向输入端in-连接，另外一端与第一芯片的输出端连接，并联在第一芯片两端以构成负反馈回路；

在第一芯片供电电源的正负电源上分别串加第三电容和第四电容，第七电阻和第五电容组成一个滤波电路以对输出信号进行滤波得到稳定的直流信号。

优选地，第二转换模块包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和第二芯片；其中，

第八电阻与第二待测信号单元串联，第三二极管与第八电阻串联，第四二极管与第三二极管并联；

第九电阻与第四二极管并联，第六电容与第四二极管并联；

第十电阻与第二芯片的反向输入端in-连接，第十一电阻的一端与第二芯片输入端in+连接，另一端接地；

第十二电阻与第十三电阻串联后，一端与第二芯片的反向输入端in-连接，另一端与第二芯片的输出端连接，并联在第二芯片两端构成负反馈回路；

第七电容一端与第二芯片的反向输入端in-连接，另外一端与第二芯片的输出端连接，并联在第二芯片两端以构成负反馈回路；

在第二芯片供电电源的正负电源上分别串加第八电容和第九电容，第十四电阻和第十电容组成一个滤波电路以对输出信号进行滤波得到稳定的直流信号。

优选地，第三转换模块包括第五二极管、第六二极管、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十五电阻、第十六电阻和第三芯片；其中，

第一待测信号单元、第二待测信号单元分别通过第十五电阻、第十六电阻与第三芯片的3、5端口连接；

第五二极管、第六二极管的一端分别与第一待测信号单元和第二待测信号单元连接，另一端分别接地；

在第三芯片的供电电压上串联第十一电容，第十二电容的一端与第三芯片的4端口连接，另外一端与第三芯片的15端口连接；第十三电容的一端与第三芯片的2端口连接，另外一端与第三芯片的15端口连接。

根据上述技术方案，本发明将第一待测信号单元的输出端口与第一转换模块的输入端口连接，第二待测信号单元的输出端口与第二转换模块的输入端口连接，电源模块分别与第一转换模块和第二转换模块以及第三转换模块其中的一个输入端口连接，第一待测信号单元、第二待测信号单元的其中一个输出端口分别与第三转换模块的3、5输入端口连接，从而实现了交流电压及频率转换。

同时，第一待测信号通过与第一芯片的反向输入端in-连接，第一芯片的正极in+接地，信号进入第一转换模块后再经过整流、滤波、补偿、放大后得到输出直流信号vout1，从而得到交流信号转换直流信号。第二待测信号通过与第二芯片的反向输入端in-连接，第二芯片的正极in+接地，进入第二转换模块后再经过整流、滤波、补偿、放大后得到输出直流信号vout2，从而得到交流信号转换直流信号；第一待测信号、第二待测信号分别与第三芯片的3、5端口连接，从而实现了对频率双通道转换。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明提供的一种实施方式中的第一转换模块的连接示意图；

图2是根据本发明提供的一种实施方式中的第二转换模块的连接示意图；

图3是根据本发明提供的一种实施方式中的第三转换模块的连接示意图。

附图标记说明

r1-第一电阻r2-第二电阻

r3-第三电阻r4-第四电阻

r5-第五电阻r6-第六电阻

r7-第七电阻r8-第八电阻

r9-第九电阻r10-第十电阻

r11-第十一电阻r12-第十二电阻

r13-第十三电阻r14-第十四电阻

r15-第十五电阻r16-第十六电阻

c1-第一电容c2-第二电容

c3-第三电容c4-第四电容

c5-第五电容c6-第六电容

c7-第七电容c8-第八电容

c9-第九电容c10-第十电容

c11-第十一电容c12-第十二电容

c13-第十三电容u1-第一芯片

u2-第二芯片u3-第三芯片

v1-第一二极管v2-第二二极管

v3-第三二极管v4-第四二极管

v5-第五二极管v6-第六二极管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参见图1，本发明提供一种双通道交流电压及频率转换装置，包括第一待测信号单元、第二待测信号单元、第一转换模块、第二转换模块、第三转换模块、电源模块、第一输出信号单元、第二输出信号单元和第三输出信号单元；其中，

第一待测信号单元的输出端口与第一转换模块的输入端口连接，第二待测信号单元的输出端口与第二转换模块的输入端口连接；电源模块分别与第一转换模块和第二转换模块以及第三转换模块其中的一个输入端口连接，第一待测信号单元和第二待测信号单元的其中一个输出端口分别与第三转换模块的其中一个输入端口连接。

其中，第一转换模块包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5和第一芯片u1；其中，

第一电阻r1与第一待测信号单元串联，起到一个限流保护二极管的作用，同时也起到隔离的作用。第一二极管v1与第一电阻r1串联，第二二极管v2与第一二极管v1并联，第一二极管v1、第二二极管v2起到一个整流的作用。

第二电阻r2与第二二极管v2并联，第一电阻r1与第二电阻r2构成一个分压电路。第一电容c1与第二电阻r2并联，起到一个滤波的作用。

第三电阻r3与第一芯片u1的反向输入端in-连接，第四电阻r4的一端与第一芯片u1输入端in+连接，另一端接地；

第五电阻r5与第六电阻r6串联后，一端与第一芯片u1的反向输入端in-连接，另一端与第一芯片u1的输出端连接，并联在第一芯片u1两端构成负反馈回路；这样更好的减少温度漂移，有效控制偏置电流的变化，从而提高整个转换模块的灵敏度和效率。其中，第三电阻r3和第五电阻r5构成一个增益环节，其中增益系数a＝1+r5/r3。

第二电容c2一端与第一芯片u1的反向输入端in-连接，另外一端与第一芯片u1的输出端连接，并联在第一芯片u1两端以构成负反馈回路；第二电容c2作为反馈回路的一部分起到稳定运放、减少噪声、增大带宽和运放超前补偿的作用；第五电阻r5与第六电阻r6作为反馈回路的一部分和第二电容c2同时构成低通滤波网路。

在第一芯片u1供电电源的正负电源上分别串加第三电容c3和第四电容c4，为了稳定第一芯片u1的工作、减少模块之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生干扰。从第一芯片u1输出的信号进入由第七电阻r7和第五电容c5组成的一个滤波电路以对输出信号进行滤波得到稳定的直流信号。vc为输入交流电压值，vout1为实际测量产品输出电压值，根据公式，由实际测量输出的vout1计算出所测量的输入值vin，然后交流幅值误差△v计算公式如下：△v＝vin-vc。

同样的，第二转换模块包括第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10和第二芯片u2；其中，

第八电阻r8与第二待测信号单元串联，第三二极管v3与第八电阻r8串联，第四二极管v4与第三二极管v3并联；

第九电阻r9与第四二极管v4并联，第六电容c6与第四二极管v4并联；

第十电阻r10与第二芯片u2的反向输入端in-连接，第十一电阻r11的一端与第二芯片u2输入端in+连接，另一端接地；

第十二电阻r12与第十三电阻r13串联后，一端与第二芯片u2的反向输入端in-连接，另一端与第二芯片u2的输出端连接，并联在第二芯片u2两端构成负反馈回路；

第七电容c7一端与第二芯片u2的反向输入端in-连接，另外一端与第二芯片u2的输出端连接，并联在第二芯片u2两端以构成负反馈回路；

在第二芯片u2供电电源的正负电源上分别串加第八电容c8和第九电容c9，第十四电阻r14和第十电容c10组成一个滤波电路以对输出信号进行滤波得到稳定的直流信号。

第三转换模块包括第五二极管v5、第六二极管v6、第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13、第十五电阻r15、第十六电阻r16和第三芯片u3；其中，

第一待测信号单元、第二待测信号单元分别通过第十五电阻r15、第十六电阻r16与第三芯片u3的3、5端口连接，其中第十五电阻r15、第十六电阻r16起到限流保护的作用。

第五二极管v5、第六二极管v6的一端分别与第一待测信号单元和第二待测信号单元连接，另一端分别接地；

在第三芯片u3的供电电压上串联第十一电容c11，更好的使芯片u3稳定工作，防止受到干扰。第十二电容c12的一端与第三芯片u3的4端口连接，另外一端与第三芯片u3的15端口连接；第十三电容c13的一端与第三芯片u3的2端口连接，另外一端与第三芯片u3的15端口连接。从而得到方波信号，实现了对频率的转换。f1为电路输入交流电压频率值，测量输出的交流电压方波信号，频率为f2。将输入值f1与转换值f2进行比较，同时计算出模块输出的误差是否满足精度要求。误差计算方式如下：误差＝f2－f1。

通过上述技术方案，将第一待测信号单元的输出端口与第一转换模块的输入端口连接，第二待测信号单元的输出端口与第二转换模块的输入端口连接，电源模块分别与第一转换模块和第二转换模块以及第三转换模块其中的一个输入端口连接，第一待测信号单元、第二待测信号单元的其中一个输出端口分别与第三转换模块的3、5输入端口连接，从而实现了交流电压及频率转换。

同时，第一待测信号通过与第一芯片的反向输入端in-连接，第一芯片的正极in+接地，信号进入第一转换模块后再经过整流、滤波、补偿、放大后得到输出直流信号vout1，从而得到交流信号转换直流信号。第二待测信号通过与第二芯片的反向输入端in-连接，第二芯片的正极in+接地，进入第二转换模块后再经过整流、滤波、补偿、放大后得到输出直流信号vout2，从而得到交流信号转换直流信号；第一待测信号、第二待测信号分别与第三芯片的3、5端口连接，从而实现了对频率双通道转换。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。