一种模拟量输入信号调理模块的制作方法

1.本发明涉及一种调理模块，具体涉及一种模拟量输入信号调理模块。


背景技术：

2.模拟量输入信号调理模块在自动化装置中用于对来自现场的模拟量信号进行处理，此类处理主要为限幅、滤波、放大、隔离，目前的模拟量输入信号调理模块无电平偏移功能，无通道选择功能，不易减少或消除隔离误差，不能对模拟量信号进行程控放大，不能同时输出模拟量电压和双向模拟量电流信号，功能简单，用途有限。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，在常规模拟量输入信号调理模块的限幅、滤波、放大、隔离功能基础上，增加电平偏移、通道选择、程控放大、线性光电隔离及双向模拟量电流输出功能，且可通过调整线性光电隔离电路的工作点以减少或消除隔离误差、耦合双极性模拟量信号，以满足不同自动化装置对模拟量输入信号进行调理的要求。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种模拟量输入信号调理模块，包括依次连接的预处理电路（1），通道选择电路（2），程控放大电路（3），第1光电隔离电路（4），驱动电路（5）；第2光电隔离电路（6）与程控放大电路（3）相连接；第3光电隔离电路（7）与通道选择电路（2）相连接。
5.预处理电路（1）由多个结构相同的模拟量预处理通道并行构成，其中每一个预处理通道包括由电阻、二极管构成的双向限幅电路，由电阻、连接器构成的衰减电路，阻容滤波器，由电压跟随器构成的阻抗变换电路，以及由偏移电压、选择开关、两输入端同相求和电路构成的电平偏移电路，选择性地引入偏移电压，目的是在输入信号中加入直流分量，提高所述的一种模拟量输入信号调理模块的应用灵活性。
6.通道选择电路（2）由多选一模拟开关构成，来自外部设备，通常是外部控制器的通道选择编码信号经第3光电隔离电路（7）隔离处理后加到多选一模拟开关上，用于选通其中的一路模拟开关。
7.程控放大电路（3）由电压串联负反馈放大器、多选一模拟开关及其外接电阻构成，来自外部设备，通常是外部控制器的增益编码信号经第2光电隔离电路（6）隔离处理后，对程控放大器的增益进行设定。
8.第1光电隔离电路由能够调整工作点的两输入端线性光电隔离电路构成，对模拟量信号进行光电隔离。调整工作点的作用有二：一是使光电隔离器件工作在最佳线性区以减少或消除隔离误差；二是当隔离双极性模拟量信号时，使信号的正、负峰值均处于光电隔离器件的线性区内。光电隔离器件可以是光电耦合二极管或光电耦合三极管。
9.驱动电路由两输入端电压串联负反馈放大器和双向电压/电流转换器构成，实现模拟量电压及双向模拟量电流两种形式的信号输出。电压串联负反馈放大器有两个输入端，一个输入端用于引入经光电隔离后的模拟量信号，另一个输入端用于引入偏移电压。引
入偏移电压的目的有二：一是使本级电路的输出信号处于用户要求的区域内；二是去除叠加于双极性模拟量信号中的直流分量。
10.本发明的有益效果是，使模拟量输入信号调理模块除具有常规的限幅、滤波、放大、隔离功能，又增加了电平偏移、通道选择、程控放大、线性光电隔离及双向模拟量电流输出多种功能，且可通过调整线性光电隔离电路的工作点以减少或消除隔离误差、耦合双极性模拟量信号，能够满足不同自动化装置对模拟量输入信号进行调理的要求，通用性强且结构简单。
附图说明
11.图1是本发明的结构框图。
12.图2是本发明实施例2提供的预处理电路原理图。
13.图3是本发明实施例3提供的通道选择电路原理图。
14.图4是本发明实施例4提供的程控放大电路原理图。
15.图5是本发明实施例5提供的第1光电隔离电路原理图。
16.图6是本发明实施例6提供的驱动电路原理图。
具体实施方式
17.下面结合实施例与附图，对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
18.实施例1。
19.如图1所示，本发明的实施例提供的一种模拟量输入信号调理模块，包括：依次连接的预处理电路（1），通道选择电路（2），程控放大电路（3），第1光电隔离电路（4），驱动电路（5）；第2光电隔离电路（6）与程控放大电路（3）相连接；第3光电隔离电路（7）与通道选择电路（2）相连接。来自现场的多路模拟量信号连接到预处理电路（1）的输入端。来自外部设备，通常是外部控制器，所发出的用于设置程控放大电路增益的增益编码信号连接到第2光电隔离电路（6）的输入端。来自外部设备，通常是外部控制器，所产生的通道选择编码信号连接到第3光电隔离电路（7）的输入端。驱动电路（5）的两个输出端即为本发明所述的一种模拟量输入信号调理模块的输出端，可同时输出模拟量电压信号和双向模拟量电流信号。
20.实施例2。
21.本实施例以实施例1为基础，预处理电路（1）由多个结构相同的模拟量预处理通道并行构成，在本实施例中具体地由8个结构相同的模拟量预处理通道并行构成。每一个模拟量预处理通道由下述电路组成：由电阻、二极管构成的双向限幅电路，由电阻分压器、连接器构成的衰减电路，阻容滤波电路，由电压跟随器构成的阻抗变换电路，以及由偏移电压、选择开关、两输入端同相求和电路构成的电平平移电路，如图2所示。本实施例中的偏移电压是由可调分压器产生的电压，此偏移电压通过选择开关连接到两输入端同相求和电路的一个输入端上。选择性地引入此偏移电压的目的是，在输入信号中加入直流分量，提高所述的一种模拟量输入信号调理模块的应用灵活性。由于预处理电路（1）由多个结构相同的模拟量预处理通道并行构成，在本实施例中具体地由8个结构相同的如图2所示的模拟量预处理通道并行构成，故本实施例所述的预处理电路（1）有8个输入端，每一个均与来自现场的
不同的模拟量输入信号连接。本实施例所述的预处理电路（1）有8个输出端，每一个均与通道选择电路（2）的对应的输入端连接。
22.实施例3。
23.本实施例以实施例1为基础，通道选择电路（2）由多选一模拟开关构成，在本实施例中，具体地由8选1模拟开关构成，8选1模拟开关的输入端in0---
in7即为通道选择电路（2）输入端，8选1模拟开关的输出端out即为通道选择电路（2）的输出端，8选1模拟开关的地址端abc用于连接通道选择编码信号，如图3所示。来自外部设备，通常是外部控制器，所产生的通道选择编码信号连接到第3光电隔离电路（7）的输入端，该通道选择编码信号经光电隔离处理后，连接到在本实施例中构成通道选择电路（2）的8选1模拟开关的地址端abc，用于在8路模拟量通道中选择与所述的通道选择编码信号相对应的8路模拟量通道中的某一路通道。预处理电路（1）的输出端连接到在本实施例中构成通道选择电路（2）的8选1模拟开关的输入端in0---
in7。在本实施例中，构成通道选择电路（2）的8选1模拟开关的输出端out即为通道选择电路（2）的输出端，与后续的程控放大电路（3）的输入端连接。
24.实施例4。
25.本实施例以实施例1为基础，程控放大电路（3）由程控放大器构成，在本实施例中，该程控放大器具体地由电压串联负反馈组态的运算放大器和8选1模拟开关及外接电阻构成，如图4所示。所述的程控放大器的输入端即为程控放大电路（3）的输入端，所述的程控放大器的输出端即为程控放大电路（3）的输出端，所述的程控放大器中包含的8选1模拟开关的地址端a0a1a2则用于连接增益编码信号。来自外部设备，通常是外部控制器，所发出的用于设置程控放大电路增益的增益编码信号连接到第2光电隔离电路（6）的输入端，经第2光电隔离电路（6）隔离处理后，连接到本实施例程控放大电路即所述的程控放大器中的8选1模拟开关的地址端a0a1a2。通道选择电路（2）的输出端连接到程控放大电路（3）的输入端即所述的程控放大器的输入端，程控放大电路（3）的输出端即所述的程控放大器的输出端与第1光电隔离电路（4）的输入端连接。
26.实施例5。
27.本实施例以实施例1为基础，第1光电隔离电路（4）由能够调整工作点的两输入端线性光电隔离电路构成。在本实施例中，所述的能够调整工作点的两输入端线性光电隔离电路中包含光电耦合二极管，此光电耦合二极管具体地采用一个光电发射二极管和两光电接收二极管构成。所述的能够调整工作点的两输入端线性光电隔离电路如图5所示。本实施例中，所述的两输入端线性光电隔离电路的一个输入端1即为第1光电隔离电路（4）的输入端，与程控放大电路（3）的输出端连接，所述的两输入端线性光电隔离电路的另一个输入端则用于引入偏置电压，此外部偏置电压可以是由可调分压器产生的电压，也可以是外部控制器产生的模拟量电压，接入此外部偏置电压的目的是，使所述的能够调整工作点的两输入端线性光电隔离电路工作在线性区，以减少或消除隔离误差且能隔离、传输双极性模拟量信号。所述的两输入端线性光电隔离电路的输出端即为第1光电隔离电路（4）的输出端，与驱动电路（5）的输入端连接。
28.实施例6。
29.本实施例以实施例1为基础，驱动电路（5）在本实施例中具体地由两输入端电压串联负反馈放大器和双向电压/电流转换器构成，如图6所示。所述的两输入端电压串联负反
馈放大器的一个输入端即为驱动电路（5）的输入端，与第1光电隔离电路（4）的输出端连接，所述的两输入端电压串联负反馈放大器的另一个输入端即为偏移电压输入端，此偏移电压可以是由可调分压器产生的电压，也可以是外部控制器产生的模拟量电压，引入此偏移电压的目的是，消除第1光电隔离电路所产生的直流偏移，并使本发明所述的一种模拟量输入信号调理模块的输出处于后续的外部控制器的输入范围之内，即实现信号匹配。两输入端电压串联负反馈放大器的输出端即为本发明所述的一种模拟量输入信号调理模块的模拟量电压输出端，此模拟量电压输出端上的信号除作为所述的一种模拟量输入信号调理模块的模拟量电压输出外，还送往驱动电路（5）中包含的双向电压/电流转换器的输入端，此双向电压/电流转换器的输出端作为本发明所述的一种模拟量输入信号调理模块的双向模拟量电流输出端。