ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в устройствах для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и записи в персональный компьютер.
Известен преобразователь аналоговых сигналов, включающий в себя токовую петлю и промежуточный преобразователь токового сигнала в напряжение. В качестве промежуточного преобразователя ток напряжение используют эталонное сопротивление. (С. План, Р. Портас Измерение тока с высокой точностью в автомобильных приложениях. Электронные компоненты, №9, 2013 г).
Основной недостаток известного преобразователя заключаются в том, что за счет использования эталонного сопротивления появляется гальваническая связь источника сигнала с вычислительной средой. Последнее значительно снижает эксплуатационные свойства преобразователя.
Известен преобразователь аналоговых сигналов, включающий в себя токовую петлю и промежуточный преобразователь токового сигнала в напряжение. В качестве промежуточного преобразователя ток напряжение используют датчики Холла. (С. Сысоева Автомобильные бесконтактные датчики магнитного поля. Новый взгляд на разработку и применение мостовых ASIC. Компоненты и технологии, №8, 2014, с. 17)).
Основной недостаток известного преобразователя заключаются в том, что за счет использования датчиков Холла появляется высокая чувствительность к внешним электромагнитным полям, точность преобразования невелика. Имеет место нелинейность преобразования.
Предлагается преобразователь аналоговых сигналов включающий в себя токовую петлю и промежуточный преобразователь токового сигнала в напряжение отличающийся тем, что в качестве промежуточного преобразователя ток напряжение используют оптрон, причем параллельно цепи светодиода оптрона, включен нелинейный элемент, а фотодиод оптрона последовательно с эталонным сопротивлением включен в цепь формирующую выходное напряжение
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационных характеристик информационно-измерительной системы, улучшении линейности преобразования, что обеспечивается тем, что в качестве промежуточного преобразователя ток напряжение используют оптрон, причем светодиод оптрона включен в токовую петлю последовательно с нелинейным элементом, а фотодиод оптрона последовательно с эталонным сопротивлением включен в цепь формирующую выходное напряжение
Достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных характеристик информационно-измерительной системы обеспечивается за счет того, что исключается гальваническая связь источника сигнала с вычислительной средой, последнее также устраняет взаимовлияние соседних каналов друг на друга в случае многоканальной системы сбора информации.
Достижение технического результата, заключающегося в улучшении линейности преобразования, обеспечивается тем, что параллельно цепи светодиода оптрона, включен нелинейный элемент.
На фиг. 1 показана один канал схемы преобразователя аналоговых сигналов. Схема включает в себя токовую петлю 1, по которой протекает ток, например, от датчика давления типа Метран. В токовую цепь 1 параллельно включены нелинейный элемент 2 и светодиод оптрона 3. Фотодиод 4 оптрона и эталонное сопротивление 5 включены параллельно в цепь формирующую выходное напряжение, включающую в себя микросхему (плату) 6, служащую для преобразования напряжения в цифровой код.
Преобразователь аналоговых сигналов работает следующим образом. При прохождении тока через токовую петлю 1, нелинейный элемент 2 и светодиод оптрона 3 в светодиоде формирует световой поток. Световой поток в свою очередь в цепи фотодиода 4 вырабатывает ток, который проходя через эталонное сопротивление 5 формирует выходной сигнал. Для достижения линейности преобразования ток - напряжение фотодиод оптрона работает в режиме генератора тока, выходное напряжение снимается с дополнительно введенного нагрузочного (эталонного) сопротивления 5.
Выходной сигнал в виде напряжения формируется в цепи фотодиода оптрона, который включен в режиме генератора тока. В таблице 1 показан пример преобразования ток напряжение предлагаемым преобразователем аналогового сигнала.
Для повышения линейности преобразования используется нелинейный элемент 2,например, термистор, включенный в цепь светодиода.
Пример конкретного выполнения.
На основе преобразователя аналоговых сигналов была изготовлена многоканальная (32 канала) система сбора сигналов с термопар (мВ) и датчиков давления (метран с выходным сигналом 4-20 мА) (портативный преобразователь). Портативный преобразователь предназначен для автоматической записи сигналов в ПК текущей информации в реальном масштабе времени. Регистратор содержит последовательно соединенные преобразователи токовых сигналов в напряжение и многоканальное устройство преобразования аналоговых сигналов в цифровой код. Результат преобразования в последовательном коде записывается в ПК с помощью USB-кабеля. Количество измерительных каналов, диапазон аналогово-цифрового преобразования задается программно в зависимости от решаемой задачи. Преобразователь может записывать информацию по 32 измерительным каналам, причем измерительный диапазон каждого канала задается программно. Преобразование токовых сигналов в сигналы напряжения осуществляется с помощью фотодиодных оптронов. Последнее позволило повысить помехоустойчивость измерительной системы за счет не только гальванической изоляции каналов друг от друга, но и гальванической изоляции регистратора в целом от цифровой части измерительной системы. Введение дополнительного нелинейного элемента параллельно цепи светодиода позволило расширить диапазон линейного преобразования первичного токового сигнала в выходное напряжение.
Основные технические характеристики регистратора следующие:
- число измерительных каналов не более 32
- погрешность измерения 0,4%
- потребляемая мощность не более 0,3 вТ
Разработанный преобразователь реализован на элементной базе повышенной степени интеграции, благодаря чему удалось разместить его в корпусе с размерами 42∗150∗200 мм. Преобразование напряжения в цифровой код осуществлялось на основе платы Е-140 (32 канала) отечественной фирмы L-card. Питание регистратора осуществляется по USB кабелю от НОУТ-БУКа.
Таким образом, использование предлагаемого преобразователя аналоговых сигналов в информационно-измерительных системах сбора позволяет повысить эксплуатационные характеристики, улучшить линейность преобразования.