信號調理模塊的原理與應用

信號調理模塊或稱隔離變送器，是采用光電、磁電等隔離技術，實現輸入輸出信號相互隔離轉換的裝置。因其抗干擾能力強，傳輸精度高，廣泛應用于儀器儀表、油田、石化加工、裝備制造等領域，是工業控制系統中重要的組成部分。

 

一、什么是信號調理模塊

信號調理模塊本質上就是隔離放大器，其主要作用就是用于信號的放大和前端電路的保護，由于它本身的隔離電壓很高，極大的提升了測量設備在惡劣條件下使用不被擊穿的性能。在工業自動化領域主要是對電壓電流、AC交流、4-20mA、0-5V、mV毫伏、PWM脈沖、Hz頻率、Pt100熱電阻、正弦波、方波、電位器、轉速等各種信號進行變送、轉換、隔離、放大、遠傳的集成電路，可與各種工業傳感器配合使用，滿足用戶本地監視遠程數據采集的需求，同時提高系統的適應度和環境可靠性，對工業生產具有不可小覷地作用。

 

 

圖 1 信號調理模塊

 

二、信號調理模塊的三隔離概念

信號調理的三隔離指的是：信號的輸入和輸出之間隔離；電源的輸入和輸出之間隔離；信號通道和電源通道之間隔離。如圖 2所示。

 

圖 2 信號調理的三隔離概念

     

三隔離對產品而言，電源和信號傳輸之間有高阻斷開，降低相互影響，信號的隔離讓地環路、前后級的相互影響也盡量阻隔。

 

三、信號調理的隔離傳輸應用

如圖 3所示，MCU處理數字溫度、濕度傳感器的信號，處理完畢后，通過信號調理模塊隔離，再傳送出去，以便跟現場的電流輸入，或電壓輸入型電力儀表相連，同時具備隔離的功能，防止傳感器前端的干擾信號串入現場的電力儀表、PLC，DCS等。

 

圖 3 信號調理的隔離傳輸應用

 

一般，MCU處理后的溫度、濕度信號，會通過DA轉為電壓模擬量，而現場的儀表、DCS等，可能需要電流輸入信號，或電壓輸入信號，對此，可選用對應的信號調理模塊實現不同的輸出接口。推薦型號如下：

 

 

四、傳感器前端的應用

有些電力系統的溫濕度采集應用中，采用模擬量輸出的溫/濕度傳感器，MCU離傳感器比較遠，溫度、濕度傳感器的信號傳到MCU處時，因傳感器的信號較小，且線路較長，引入了額外的干擾，有用的信號可能被干擾信號淹沒。

 

此時，如圖 4所示，在傳感器和MCU之間，使用電流輸出型的ZCM模塊，將傳感器的電壓信號隔離轉換成電流信號，送給MCU處理，在對信號進行放大隔離的同時，還可大大增強信號的傳送距離，降低信號的失真。

 

圖 4 傳感器前端的應用

 

MCU處理完現場的溫濕度信號后，可能需要跟其他傳感器采集的節點組成網絡，最終傳到中控室，或由某個MCU集中處理。工業現場的組網一般采用RS-485或CAN總線，此時，可采用RSM485模塊和CTM隔離CAN收發器，組成一個穩定可靠的現場通訊網絡。相關產品信息如下：