专利名称：变送器、多级滤波器和称重系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变送器、多级滤波器和称重系统。
背景技术：
远距离传输中，模拟信号的抗干扰能力一般较数字信号弱，模拟信号中，频率信号、电流信号相对要比电压信号的抗干扰能力好，强信号抗干扰能力强于弱信号。在砼站领域，现有的称重传感器大多是弱电压信号，其抗干扰能力较差，但其实时性要好。如图I所示的称重系统的结构示意图，其中，秤斗I主要是装载被称量物体；称重传感器2主要是将压力变成电信号输出，输出信号属于弱(毫伏级)电压量；信号线3将弱 电压信号传输到模拟量变送器4，该信号线的长度对信号有一定的影响；模拟量变送器4主要是将称重传感器2处产生的电压信号流经信号线3后，在模拟量变送器4处进行放大，得到伏特级的信号，以便进行远距离的传输，这样可以减少因传输线距离远而引入的干扰；远距离传输线5用于传输模拟量变送器4放大后的信号，因其传输距离远，所以对模拟信号的干扰较大；PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)6将传输过来的电压信号(伏特级)进行数字量转换，从而间接得到被称量物体的实际重量。图I中的模拟量变送器4的实现原理示意图如图2所示，其中，小信号输入指的是图I中的称重传感器2处产生的弱电压信号输入至模拟量变送器4，该弱电压信号首先进行一个简单的初级滤波，去除比较大的干扰。然后，初级滤波后的信号进行一个定倍数的一级放大(一般取100倍)；再对放大后的信号进行一个电压跟随，提高信号的驱动能力；接着对电压跟随处理后的信号进行一个二次放大，一般此电路放大倍数可调；最后将放大的伏特级信号进行远距离传输，以降低信号在传输过程引入过多的干扰信号。因设备在信号处理过程中可能会出现常规问题，图2在电压跟随后若发现出现问题，则进行提示报警。因图2所示的模拟量变送器4与远端的PLC之间采用的是模拟传输连接方式，而模拟信号在传输过程中的抗干扰性比较差，对于该问题，目前尚未提出有效解决方案。
发明内容
本发明目的在于提供一种变送器、多级滤波器和称重系统，以至少解决上述变送器输出的模拟信号抗干扰性较差的问题。本发明提供了一种变送器，包括多级滤波器，用于滤除接收到的模拟信号中的杂波信号；模数转换器，用于将多级滤波器滤除杂波信号后的信号转换为数字信号；微处理器，用于对模数转换器转换后的数字信号进行格式转换，转换为该变送器与远端通信的协议格式；数字信号传输接口，用于向远端传输微处理器转换后的数字信号。上述微处理器包括运行分析模块，用于对模数转换器转换后的数字信号进行分析，根据分析的结果发送指示信息；上述变送器还包括运行指示器，用于接收微处理器发送的指示信息，并根据上述指示信息显示变送器当前的运行状况。上述多级滤波器包括三脚电容滤波电路，用于对模拟信号中的共模干扰信号和低频差模干扰信号进行过滤；T型静噪滤波器，与三脚电容滤波电路串联，用于对三脚电容滤波电路过滤后的模拟信号中高频差模干扰信号过滤；共模电感电路，与T型静噪滤波器串联，用于对T型静噪滤波器过滤后的模拟信号中的共模干扰信号进行过滤；n型滤波器，与共模电感电路串联，用于对共模电感电路过滤后的模拟信号中的差模干扰信号进行过滤。上述T型静噪滤波器中的电容的一个极板上有二个引线，电容除极板外的其它二个引脚中包含有铁氧磁体。上述三脚电容滤波电路中的高压电容为安规高压电容。本发明还提供了一种多级滤波器，包括三脚电容滤波电路，用于对模拟信号中的共模干扰信号和低频差模干扰信号进行过滤；T型静噪滤波器，与所述三脚电容滤波电路串联，用于对所述三脚电容滤波电路过滤后的模拟信号中高频差模干扰信号过滤；共模电感电路，与所述T型静噪滤波器串联，用于对所述T型静噪滤波器过滤后的模拟信号中的共模干扰信号进行过滤；TI型滤波器，与所述共模电感电路串联，用于对所述共模电感电路过 滤后的模拟信号中的差模干扰信号进行过滤。上述T型静噪滤波器中的电容的一个极板上有二个引线，电容除极板外的其它二个引脚中包含有铁氧磁体。上述三脚电容滤波电路中的高压电容为安规高压电容。本发明还提供了一种称重系统，包括称重料斗和压力传感器，该系统还包括上述变送器和通过工业总线与变送器连接的PLC ;其中，其中，称重料斗用于装载被称量物体；压力传感器用于测量所述被称量物体对所述称重料斗的压力，并将所述压力转换为电信号输出至所述变送器；所述电信号为模拟信号；PLC用于对变送器发送的数字信号进行解码，得到称重料斗内物料的实际重量。上述PLC包括报警模块，用于对解码后的数字信号中的检测变量进行分析，当分析的结果满足设定的报警条件时，向用户报警。本发明的变送器通过对滤波后的模拟信号进行模数转换，转换为数字信号后，并通过微处理器将该数字信号转换为与远端通信的协议格式，实现了变送器与远端间的数字传输，因为数字信号的抗干扰性大于模拟信号的抗干扰性，因此解决了变送器输出的模拟信号抗干扰性较差的问题，提升了信号质量，增强了变送器的性能。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I是相关技术的称重系统的结构示意图；图2是图I称重系统中的模拟量变送器的实现原理示意图；图3是根据本发明实施例的变送器的结构框图；图4是根据本发明实施例的另一种变送器的结构框图；图5是根据本发明实施例的多级滤波器的结构框图；图6是根据本发明实施例的多级滤波器的电路图；图7是根据本发明实施例的称重系统的结构框图。
具体实施例方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明实施例提供的变送器为数字式变送器，通常可以使用在称重系统中，如图3所示的变送器的结构框图，该变送器包括器件多级滤波器32，用于滤除接收到的模拟信号中的杂波信号；模数转换器34，与多级滤波器32相连，用于将多级滤波器32滤除杂波信号后的信号转换为数字信号；微处理器36，与模数转换器34相连，用于对模数转换器34转换后的数字信号进行格式转换，转换为该变送器与远端通信的协议格式；
数字信号传输接口 38,与微处理器36相连,用于向远端传输微处理器36转换后的
数字信号。本发明实施例通过对滤波后的模拟信号进行模数转换，转换为数字信号，并通过微处理器将该数字信号转换为与远端通信的协议格式，实现了变送器与远端间的数字传输，因为数字信号的抗干扰性大于模拟信号的抗干扰性，因此解决了变送器输出的模拟信号抗干扰性较差的问题，提升了信号质量，增强了变送器的性能。为了便于了解当前变送器的运行状态，本发明实施例还提供了一种变送器实现方式，如图4所示的变送器的另一种结构框图，该结构中除了包括图3所示的各个部分外，微处理器36还可以包括运行分析模块362，用于对模数转换器34转换后的数字信号进行分析，根据分析的结果发送指示信息；相应地，上述变送器还包括运行指示器39，用于接收微处理器36发送的指示信息，并根据上述指示信息显示该变送器当前的运行状况。本实施例的运行指示器可以是由一组信号灯组成的器件，不同颜色的灯可以表示变送器不同的运行状况，该方式实现简单，成本低。为了滤除接收到的模拟信号中的各种杂波，本实施例的多级滤波器32可以采用图5所示的结构框图实现，其中，该多级滤波器32包括三脚电容滤波电路322,用于对模拟信号中的共模干扰信号和低频差模干扰信号进行过滤；T型静噪滤波器324，与三脚电容滤波电路322串联，用于对三脚电容滤波电路322过滤后的模拟信号中高频差模干扰信号过滤；共模电感电路326，与T型静噪滤波器324串联，用于对T型静噪滤波器324过滤后的模拟信号中的共模干扰信号进行过滤；TI型滤波器328，与共模电感电路326串联，用于对共模电感电路326过滤后的模拟信号中的差模干扰信号进行过滤。上述多级滤波器32的设计方式中，初级过滤采用高压电容设计的三脚电容滤波器(即三脚电容滤波电路322)，用于滤除信号的高压低频信号，末级采用普通的三脚电容滤波设计，主要是滤除前级滤波后，剩余的公差模信号，以提高信号的稳定性，从而提高了模数转换过程中的采集精度。中间2级采用的是静噪电容滤波和共模电感滤波，可有效去除信号中的共差模干扰信号。
上述T型静噪滤波器中的电容的一个极板上有二个引线，电容除极板外的其它二个引脚中包含有铁氧磁体，该电容的滤波效果更佳。本实施例中的三脚电容滤波电路中的高压电容可以为安规高压电容，安规高压电容的体积较大，性能和指标一般都能满足设计要求。对应图5的多级滤波器的结构框图，本实施例的图6给出了多级滤波器的电路图，其中，该电路的说明如下(I)三脚电容滤波电路322中的Cl是高压电容。在频率的低端，电容的阻抗很大，低频共模干扰信号一般难以通过；但当频率升高到一定数值的时候，电容的阻抗就会降低，共模干扰信号就会很容易通过。对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容，但受到技术条件的限制高压电容的容量都不做大。Cl的功能是对共模干扰信号进行抑制，C2、C3因两个电容串联起来的容量很小，其主要功能是低频差模干扰信号进行抑制；增加该电容的目的是为了抑制低频差模干扰，同时抑制对称和不对称干扰。
实际上，光靠高压电容很难把传导干扰信号完全滤除，因为干扰信号的频谱非常 宽，基本覆盖了几KHz到几百MHz甚至上千MHz的频率范围。对高端干扰信号的滤除，大容量电容的滤波性能又相对较差。(2 )三端电容(即T型静噪滤波器324 )在电容的一个极性上有二个弓丨线，提高了电容的高频滤波效果，而其它的二个引脚加入了铁氧磁体，就使得这类电容的滤波效果更佳，可有效去除引线从安装壳体引入的差模干扰信号。(3)共模电感电路326，由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感也是常用的有力元件之一。在频率的低端电感的阻抗很小，低频共模干扰信号一般很容易通过，但当频率升高到某一个数值的时候，电感的阻抗会升高，使共模干扰信号难以通过，共模电感是共模滤波器的重要部分，共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感基本不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，比较普通电感的使用效果更佳。(4)前面3级的滤波电路基本可以滤除大部分的干扰信号，使得外部引入的干扰信号干净很多，但是为了提高模数转换过程中的采集精度，共模电感电路326对差模信号的处理基本不起作用，所以本实施例在后级加入了两级电容滤波，其连接处使用的是小电阻，构成一个TI型滤波器，这样使得进入模数转换过程的信号更加的干净，能有效提高采集精度。上述变送器通常可以应用在称重系统中，如图7所示的称重系统的结构框图，其中，包括称重料斗10和压力传感器20，以及上述变送器30和通过工业总线与变送器30连接的PLC40 ;其中，称重料斗10用于装载被称量物体；压力传感器20用于测量被称量物体对称重料斗10的压力，并将该压力转换为电信号输出至变送器30 ;该电信号为模拟信号；该PLC40用于对变送器30发送的数字信号进行解码，得到称重料斗内物料的实际重量。当图7的称重系统中的称重料斗10处装载物料时，产生压力，压力传感器20工作，其将重量值转换为电信号，输出为毫伏级的弱电压，此信号进入变送器30，变送器30经过滤波、采集、处理、转换，按照一定的协议规则输出数字信号，数字信号经过传输线(即上述工业总线)进入PLC40，PLC40按照规定协议进行解码，从而间接得到装载物料的实际重量值。在同等环境中进行信号传输，距离越近，引入的干扰信号越少，引入的机率也越小，距离越远，引入干扰信号越多，机率也越大。现有技术是弱小电压信号(毫伏级)，进行较近距离传输后，将放大成较强的电压信号(伏特级)，再进行远距离传输。抗干扰能力差，很容易引入外部干扰。本实施例的信号传输的基本方案是尽可能的减少模拟量传输距离，用数字量代替模拟量进行远距离传输。这样可以有效减小模拟量在传输过程中引入的干扰。基于此，本实施例变送器30与压力传感器20之间的距离小于或等于5米。本实施例的压力传感器20输出的毫伏级电压信号在输入变送器30前,有一定的距离，此段距离可引入干扰，而压力传感器20工作电源也可能引入干扰，所以在该微弱信号进入模数转换器前，需要进行一些必要的滤波处理，滤除干扰的杂波信号，使得进 入模数转换器34的信号比较干净，此功能通过上述多级滤波器32实现。滤波处理后的高质量信号进行模数转换，有利于提高转换精度。模数转换器34输出的数据通过IIC(Inter-Integrated Circuit,内部-整体电路)通讯总线和微处理器36交互数据,微处理器36接收模数转换器34处理后的数字量，按照工业总线协议对数字量进行处理(例如，格式转换处理)，并通过工业总线和PLC40进行数据交互。一般的工业总线都具有较长的数据传输距离，较高的抗干扰性能，高的传输速度等优点。本实施例中的工业总线可以为以下之一 232 总线、485 总线、CAN (ControllerArea Network,控制器局域网)总线、CANopen 总线、PR0FIBUS 总线、DeviceNet 总线、ControlNet 总线、CC-Link 总线和 Lonworks 总线。该工业总线可以支持工业以太网协议(如Modbus_IDA\Ethernet/IP\PROFInet\InterBus等)或无线通讯协议(如2. 4G (ZIGBEE\WIFI)，GSM\CDMA\3G 等)。上述系统在数据协议中可以实时传输一些检测变量，PLC40检测到这类数据，按照协议可以识别出是何处有错误或警告信息，可及时提醒用户去处理以避免问题的发生。基于此，PLC40包括报警模块，用于对解码后的数字信号中的检测变量进行分析，当分析的结果满足设定的报警条件时，向用户报警。从以上的描述中可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果变送器的安装位置比较灵活，距离压力传感器比较近，可以有效降低在变送器前传输的信号引入的干扰；因变送器与远端的距离一般都在50米以上，而其线路附近一般可能会存在其他高压信号或是无线干扰信号，所以在此段引入干扰的机会很高，本发明实施例为此采用了数字信号传输方式，能够有效降低此段引入的干扰信号；同时，上述实施例的变速器采用了多级滤波方式，可以有效的滤除信号中的共模，差模干扰。另外，上述实施例因采用了数字信号传输方式，可以在数字信号中携带相关检测变量的信息，供PLC解码后显示给用户，起到报警作用，该方式有效地解决了相关技术中的报警信号只能在变送器附近观察，无法通过信号线传输到控制电脑，所以工作人员无法实时的观察的问题。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种变送器，其特征在于，包括 多级滤波器，用于滤除接收到的模拟信号中的杂波信号； 模数转换器，用于将所述多级滤波器滤除所述杂波信号后的信号转换为数字信号； 微处理器，用于对所述模数转换器转换后的所述数字信号进行格式转换，转换为所述变送器与远端通信的协议格式； 数字信号传输接口，用于向所述远端传输所述微处理器转换后的数字信号。
2.根据权利要求I所述的变送器，其特征在于， 所述微处理器包括运行分析模块，用于对所述模数转换器转换后的所述数字信号进行分析，根据分析的结果发送指示信息； 所述变送器还包括运行指示器，用于接收所述微处理器发送的指示信息，并根据上述指示信息显示所述变送器当前的运行状况。
3.根据权利要求I或2所述的变送器，其特征在于，所述多级滤波器包括 三脚电容滤波电路，用于对所述模拟信号中的共模干扰信号和低频差模干扰信号进行过滤； T型静噪滤波器，与所述三脚电容滤波电路串联，用于对所述三脚电容滤波电路过滤后的模拟信号中高频差模干扰信号过滤； 共模电感电路，与所述T型静噪滤波器串联，用于对所述T型静噪滤波器过滤后的模拟信号中的共模干扰信号进行过滤； TI型滤波器，与所述共模电感电路串联，用于对所述共模电感电路过滤后的模拟信号中的差模干扰信号进行过滤。
4.根据权利要求3所述的变送器，其特征在于，所述T型静噪滤波器中的电容的一个极板上有二个引线，所述电容除所述极板外的其它二个引脚中包含有铁氧磁体。
5.根据权利要求3所述的变送器，其特征在于，所述三脚电容滤波电路中的高压电容为安规闻压电容。
6.一种多级滤波器，其特征在于，所述多级滤波器包括 三脚电容滤波电路，用于对模拟信号中的共模干扰信号和低频差模干扰信号进行过滤； T型静噪滤波器，与所述三脚电容滤波电路串联，用于对所述三脚电容滤波电路过滤后的模拟信号中高频差模干扰信号过滤； 共模电感电路，与所述T型静噪滤波器串联，用于对所述T型静噪滤波器过滤后的模拟信号中的共模干扰信号进行过滤； TI型滤波器，与所述共模电感电路串联，用于对所述共模电感电路过滤后的模拟信号中的差模干扰信号进行过滤。
7.根据权利要求6所述的多级滤波器，其特征在于，所述T型静噪滤波器中的电容的一个极板上有二个引线，所述电容除所述极板外的其它二个引脚中包含有铁氧磁体。
8.根据权利要求6所述的多级滤波器，其特征在于，所述三脚电容滤波电路中的高压电容为安规高压电容。
9.一种称重系统，包括称重料斗和压力传感器，其特征在于，所述系统还包括权利要求I至5中任一项所述的变送器和通过工业总线与所述变送器连接的可编程逻辑控制器PLC ；其中，称重料斗用于装载被称量物体；压力传感器用于测量所述被称量物体对所述称重料斗的压力，并将所述压力转换为电信号输出至所述变送器；所述电信号为模拟信号；所述PLC用于对所述变送器发送的数字信号进行解码，得到所述称重料斗内物料的实际重量。
10.根据权利要求9所述的称重系统，其特征在于，所述PLC包括报警模块，用于对解码后的数字信号中的检测变量进行分析，当分析的结果满足设定的报警条件时，向 用户报目O
全文摘要
本发明提供了一种变送器、多级滤波器和称重系统。其中，该变送器包括多级滤波器，用于滤除接收到的模拟信号中的杂波信号；模数转换器，用于将多级滤波器滤除杂波信号后的信号转换为数字信号；微处理器，用于对模数转换器转换后的数字信号进行格式转换，转换为该变送器与远端通信的协议格式；数字信号传输接口，用于向远端传输微处理器转换后的数字信号。本发明通过将滤波后的模拟信号转换为数字信号，并通过微处理器将该数字信号转换为与远端通信的协议格式，实现了变送器与远端间的数字传输，因为数字信号的抗干扰性大于模拟信号的抗干扰性，解决了变送器输出的模拟信号抗干扰性较差的问题，提升了信号质量，增强了变送器的性能。
文档编号G05B19/05GK102829853SQ20121030125
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者王琪, 苏航, 王德胜, 杨凯, 陈甲伟 申请人:中联重科股份有限公司