专利名称：一种多路信号变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及信号变换器，具体是指一种多路信号变换器。
背景技术：
信号的变换和调节是当前测量控制系统中必不可少的信号处理环节，在工业现场及工程实践应用中，信号的变换和调节是实现各类传感器、执行机构与监测控制系统之前信号匹配的重要手段。可以说，任何的电子、电气产品系统中均包含有信号变换、调节处理部分。而在航空、航天以及军用装备领域，受严酷使用环境条件的限制，其测控系统对信号变换部分的要求除了在变换精度上有严格要求外，对其稳定性、可靠性、环境适应性提出了更高的要求。针对测控系统中信号的变换和调节处理，当前国内外相关技术较为成熟，各种典型电路结构和模块系列产品较多，主要以工业级产品为主。而针对航空、航天以及军用装备领域提出的特殊使用条件要求，从电路原理的设计、元器件的选型、安装结构以及产品的调试试验均有更加严格的研制规范和要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种可同时实现频率、电压等多路信号按统一标准进行转换处理的信号变换器。可用于转速、流量、温度以及压力等测量，本实用新型可适应高低温、高低压以及振动等严酷环境条件，且在全温度范围内信号变换精度及线性度稳定可靠，适应于航空、航天以及军用装备等特殊使用领域。本实用新型的目的通过下述技术方案实现一种多路信号变换器，包括内置电路板，所述内置电路板包括频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元、 以及信号输入接口和信号输出接口，所述信号输入接口和信号输出接口均与频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元相连接。本实用新型还包括铝合金整体铣槽式安装壳体，所述铝合金整体铣槽式安装壳体内置有整体灌封层，所述内置电路板设置在整体灌封层内；所述信号输入接口和信号输出接口均贯穿铝合金整体铣槽式安装壳体的外壁。所述频率信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口的限幅整形电路、倍频网络、F/V转换补偿网络、缓冲跟随电路A构成；所述缓冲跟随电路A与信号输出接口连接。所述限幅整形电路为二极管和运算放大器组成的限幅整形电路，所述倍频网络为锁相环倍频电路。所述倍频网络为1 倍倍频网络。所述直流电压信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口的信号放大补偿网络、缓冲跟随电路B构成；所述缓冲跟随电路B与信号输出接口连接。所述信号输入接口与信号放大补偿网络之间还设置有滤波电路。所述信号放大补偿网络为低噪声、高稳定度、低温漂运放的电路结构。[0013]所述信号放大补偿网络为多级放大电路结构。所述直流电压信号处理单元还包括连接于信号输入接口的信号调理网络，所述信号调理网络与信号输出接口连接。所述隔离电源处理单元包括隔离电源模块。本实用新型在电路原理上包括频率信号处理单元、直流电压信号处理单元以及隔离电源处理单元，各单元独立工作实现对特定信号的变换处理。在物理结构上包括内置电路板、隔离电源模块、信号输入接口和信号输出接口、以铝合金整体铣槽式安装壳体，既便于电装调试，又方便使用安装。针对输入频率较低、幅值较高的频率信号，所述的频率信号处理单元中采用由二极管和运放组成的限幅整形电路、以及锁相环倍频电路对输入频率信号进行预处理，确保后级F/V变换的精度及线性度要求。在频率信号处理单元中，根据实际情况可合理设置门坎电压电路，以免无频率信号输入时，其它感应信号对变换器起敏感作用。针对不同传感器输出直流信号的特点，所述的直流电压信号处理单元在输入端加滤波电路并设计合适的输入阻抗，采用低噪声、高稳定度、低温漂运放电路结构，确保在全工作温度范围内信号转换精度。所述的隔离电源处理单元采用宽温级高可靠性隔离电源模块为变换器内部集成芯片供电，使输入、输出电源相互隔离，互不影响，确保工作电源稳定且具有较强的抗干扰能力。本实用新型采用铝合金整体铣槽式安装壳体，铝合金整体铣槽式安装壳体内部采用整体灌封，同时具有限幅、滤波功能的信号输入接口和信号输出接口，强度通过加速度、 冲击、振动试验环境的考核，确保了高低压、高低温、振动、冲击等特定环境条件下的工作可靠和信号转换精度、线性度稳定。本实用新型的工作原理为首先，信号输入接口，接收各种不同的信号输入，信号有直流电源信号、以及频率信号。其中频率信号经过频率信号处理单元中的限幅整形电路、 倍频网络、F/V转换补偿网络、缓冲跟随电路A的处理，最后输出预定设置的第一标准信号。 其中直流电源信号经过信号放大补偿网络、缓冲跟随电路B的处理，最后输出预定设置的第一标准信号。频率信号处理单元和直流电压信号处理单构成了信号处理单元。基于上述内容本实用新型可根据不同输入信号特点，灵活更换各信号处理单元结构形式或增加信号处理单元模块，以满足不同测量信号变换的要求。本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果。1、本实用新型可实现多种信号同时变换处理，在可根据实际需要灵活更换各信号处理单元结构形式或增加信号处理单元模块，以满足多测量信号变换的要求。2、本实用新型针对输入频率较低、幅值较高的频率信号，采用由二极管和运放组成的限幅整形电路、以及锁相环倍频电路对输入频率信号进行预处理，确保F/V变换的精度及线性度要求。3、本实用新型针对mV级小信号变换，采用多级放大电路结构，对影响放大倍数的元器件，选用温度系数小的电阻、电容，确保在全温度范围内具有较好的转换精度及线性度。4、本实用新型通过建立电路敏感模型进行电路仿真试验验证，进行电路抗电磁干扰设计，设置抗电磁干扰能力的单元电路，设置的敏感度阀值大于干扰作用值，使本实用新型具有较强的抗干扰能力，当电路受到传导或辐射干扰时，模拟或数字电路仍能正常工作。5、本实用新型采用铝合金整体铣槽式安装壳体，内部采用整体灌封层，以及具有限幅、滤波功能的信号输入接口和信号输出接口，适应于高低压、高低温、振动、冲击等特定环境条件下使用。
图1为本实用新型电路原理框图。图2为本实用新型结构外形图。图3为本实用新型实施例结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例如图1、2、3所示。一种多路信号变换器，包括内置电路板，所述内置电路板包括频率信号处理单元、 直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元、以及信号输入接口 3和信号输出接口 2 ；所述信号输入接口 3和信号输出接口 2均与频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元相连接。—种多路信号变换器，还包括铝合金整体铣槽式安装壳体1，所述铝合金整体铣槽式安装壳体1内置有整体灌封层，所述内置电路板设置在整体灌封层内；所述信号输入接口 3和信号输出接口 2均贯穿铝合金整体铣槽式安装壳体1的外壁。频率信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口 3的限幅整形电路、倍频网络、F/V转换补偿网络、缓冲跟随电路A构成；所述缓冲跟随电路A与信号输出接口 2连接。限幅整形电路为二极管和运算放大器组成的限幅整形电路，所述倍频网络为锁相环倍频电路。倍频网络为1观倍倍频网络。直流电压信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口 3的信号放大补偿网络、 缓冲跟随电路B构成；所述缓冲跟随电路B与信号输出接口 2连接。信号输入接口 3与信号放大补偿网络之间还设置有滤波电路。信号放大补偿网络为低噪声、高稳定度、低温漂运放的电路结构。信号放大补偿网络为多级放大电路结构。直流电压信号处理单元还包括连接于信号输入接口 3的信号调理网络，所述信号调理网络与信号输出接口 2连接；所述隔离电源处理单元包括隔离电源模块。本实用新型是将测速电机、热电偶(温度测量)以及压力传感器的输出信号同时变换处理成统一标准的0 5VDC信号，以供后端测控系统采集。在这里，测速电机输出信号为0 70Hz，幅值为3 110VAC ；热电偶输出信号为直流1. 32 45. 32mV ；压力传感器输出信号为0 5VDC，由于同时实现三路三种信号的变换处理，所以在本实例中，本实用新型在电路结构上包含了转速处理单元、温度处理单元以及压力处理单元三个单元模块。其中频率信号处理单元对应的是转速处理单元，直流电压信号处理单对应的是温度处理单元以及压力处理单元。具体实现如下。隔离电源模块将外部18 36V直流输入电源转换成12VDC电源供三路信号处理单元电路使用，同时使输入、输出电源相互隔离，互不影响，从而保证了变换器的工作电源稳定，并使系统具有较强的抗干扰能力。在转速处理单元中，由于该测速电机输出的交流信号的频率较低、幅值较高0 70Hz，幅值为3 110V，若要转换为直流电压，一般的F/V转换芯片都不能正常工作。为了实现转速信号的处理，利用二极管对输入波形进行限幅后送入运放进行放大整形，经过限幅、放大和整形后，输入的信号频率仍然很低0 70Hz，为了提高仪表转换精度，通过倍频网络(1 倍)进行1 倍的倍频，使输入信号的频率范围扩大至0 8960Hz ；倍频后的频率信号无论是频率还是幅值均已满足F/V转换输入条件，可直接送入由F/V转换芯片及外围元器件组成的F/V转换补偿网络电路进行F/V转换，使得其输出电压线性地对应于输入信号的频率，为提高输出驱动能力，在F/V转换补偿网络后再增加一级缓冲跟随电路A，最后再通过一个插头输出正比于输入交流信号(频率)的0 5V直流电压信号。在温度处理单元中，热电偶传感器的输出信号为直流1. 32 45. 32mV。考虑到热电偶输出的电压信号非常小，要将45. 32mV放大到5V，其放大倍数约为110。为了改善放大器性能，输入信号经过滤波、限幅处理后，送至由两个运放芯片组成的两级放大电路(后级放大电路兼起阻抗变换功能)放大，最后再通过一个插头将正比于输入电压信号的0 5V 直流电压信号输出。压力传感器将感受到的压力信号转换成0 5V的直流信号，由于该信号已足够大，因而不再需要放大，该单元也只是增加了少量电路构成信号调理网络来进行简单滤波和阻抗匹配。如上所述，便可以很好地实现本实用新型。
权利要求1.一种多路信号变换器，其特征在于包括内置电路板，所述内置电路板包括频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元、以及信号输入接口(3)和信号输出接口(2)；所述信号输入接口(3)和信号输出接口(2)均与频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多路信号变换器，其特征在于还包括铝合金整体铣槽式安装壳体(1)，所述铝合金整体铣槽式安装壳体(1)内置有整体灌封层，所述内置电路板设置在整体灌封层内；所述信号输入接口(3)和信号输出接口(2)均贯穿铝合金整体铣槽式安装壳体(1)的外壁。
3.根据权利要求1所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述频率信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口(3)的限幅整形电路、倍频网络、F/V转换补偿网络、缓冲跟随电路A构成；所述缓冲跟随电路A与信号输出接口(2)连接。
4.根据权利要求3所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述限幅整形电路为二极管和运算放大器组成的限幅整形电路，所述倍频网络为锁相环倍频电路；所述倍频网络为1 倍倍频网络。
5.根据权利要求1所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述直流电压信号处理单元主要由依次连接于信号输入接口(3)的信号放大补偿网络、缓冲跟随电路B构成；所述缓冲跟随电路B与信号输出接口(2)连接。
6.根据权利要求5所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述信号输入接口(3)与信号放大补偿网络之间还设置有滤波电路。
7.根据权利要求5所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述信号放大补偿网络为低噪声、高稳定度、低温漂运放的电路结构。
8.根据权利要求5所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述信号放大补偿网络为多级放大电路结构。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述直流电压信号处理单元还包括连接于信号输入接口(3)的信号调理网络，所述信号调理网络与信号输出接口(2)连接。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种多路信号变换器，其特征在于所述隔离电源处理单元包括隔离电源模块。
专利摘要本实用新型公开了一种多路信号变换器，其包括内置电路板，所述内置电路板包括频率信号处理单元、直流电压信号处理单元、隔离电源处理单元、以及信号输入接口和信号输出接口。本实用新型具有如下的优点。1、本实用新型可实现多种信号同时变换处理。2、本实用新型针对输入频率较低、幅值较高的频率信号，可确保F/V变换的精度及线性度要求。3、本实用新型针对mV级小信号变换，具备较好的转换精度及线性度。4、本实用新型具有较强的抗干扰能力。5、本实用新型采用铝合金整体铣槽式安装壳体，内部采用整体灌封，以及具有限幅、滤波功能的信号输入接口和信号输出接口，适应于高低压、高低温、振动、冲击等特定环境条件下使用。
文档编号H03H11/46GK202261197SQ20112035342
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者何国忠, 张玉泉 申请人:四川达宇特种车辆制造厂