信号隔离器原理及应用

在工业生产过程中,生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表,会产生各种各样的信号:既有微弱的毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号,甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号;既有直流低频信号,也有高频或脉冲尖峰信号;而这些信号都要经过互相传递和输送的过程,因此如何保证这些信号,特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。

具体地说,只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时,才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响,它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明,受设备要求的制约,必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数,在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中,很可能会造成这些信号的失真。

造成模拟信号失真的原因

信号隔离器原理

目前,信号隔离(变换)器从隔离方式上主要分为:变压器隔离方式,光电隔离方式和变压器与光电联合隔离方式等几种。

信号隔离器至今已有40多年的历史,早期的信号隔离器(如美国MOORE,日本M-SYSTEM等)都是采用变压器隔离方式,它的特点是:性能稳定,寿命长(比如:日本M-SYSTEM公司的M2系列隔离变换器标称的使用寿命长达70年!),带负载能力强,隔离强度高,但电路复杂,制作工艺要求更高。

随着电子技术的发展,近些年来逐渐出现了利用光耦合器(optical coupler)生产的光电式隔离器,它的特点是:性能稳定,抗干扰能力强,而且线路简单,成本低廉,但相对于变压器隔离方式寿命略短。

在一些现场干扰较大,工艺要求较高场合出现了变压器与光电联合方式的信号隔离器,它的隔离能力、抗无限射频和电磁干扰能力更强。比如日本M-SYSTEM公司生产的远程数据采集系统R5系列的模拟量采集模块就应用了变压器和光电联合隔离方式。

信号隔离器的原理图如下:

图中可以看出,隔离器实现了输入对输出对电源对地的四端三重隔离电路设计,因此无需系统接地线路,给设计及现场施工带来极大方便。也正是由于这种信号线路无需共地的设计,使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强,从而提高了整个系统的可靠性。另外,这种隔离器产品除具备极强的滤波能力外,还有更强的信号处理能力,能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等各种信号。

隔离器主要技术指标:

信号隔离(变换)器的应用举例