一種傳感器過電壓保護和信號調理系統的製作方法
2023-05-28 18:39:51
一種傳感器過電壓保護和信號調理系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，包括過電壓保護模塊和信號調理模塊，過電壓保護模塊包括依次連接的一級限壓保護單元、限流保護單元和二級限壓保護單元，傳感器的輸出端連接一級限壓保護單元的輸入端，信號調理模塊包括依次連接的高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路，二級限壓保護單元的輸出端連接高通濾波電路的輸入端，低通濾波電路用於隔離高頻電磁幹擾，跟隨電路用於增加輸入阻抗，信號放大電路用於匹配後續模塊的輸入電平。本發明既能防止過電壓對後續模塊的損害；又能對傳感器輸出信號進行調理，濾除了信號中的雜質，提高了輸出信號的質量，滿足了對信號品質的要求。
【專利說明】一種傳感器過電壓保護和信號調理系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，屬於傳感器信號的傳輸領域。
【背景技術】
[0002]用於風力發電機組監測系統的傳感器由於工作環境的複雜性，在日常工作中，難免遇到各種各樣的環境危害，比如說雷擊和大風等自然災害的影響，這樣對傳感器的採集信號就會造成很大的影響，尤其是電磁噪聲和過電壓對傳感器信號的影響，但是目前對傳感器信號的安全和優化處理還不能滿足要求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，用以解決對傳感器信號的安全和優化處理還不能滿足要求的問題。
[0004]為實現上述目的，本發明的方案包括一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，該系統包括過電壓保護模塊和信號調理模塊，過電壓保護模塊包括依次連接的一級限壓保護單元、限流保護單元和二級限壓保護單元，傳感器的輸出端連接一級限壓保護單元的輸入端，信號調理模塊包括依次連接的高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路，二級限壓保護單元的輸出端連接所述高通濾波電路的輸入端，低通濾波電路用於隔離高頻電磁幹擾，跟隨電路用於增加輸入阻抗，信號放大電路用於匹配後續模塊的輸入電平。
[0005]一級限壓保護單元為並接在傳感器輸出迴路上的氣體放電管，二級限壓保護單元為並接在傳感器輸出迴路上的兩個穩壓管，穩壓管串聯，穩壓管的中間接點接地，一級限壓保護單元和二級限壓保護單元之間串接有用於限流的限流電阻。
[0006]高通濾波電路由串接在傳感器輸出迴路上的高通濾波電感和高通濾波電容組成。
[0007]低通濾波電路包括低通濾波電容和放大器，放大器的同相輸入端連接低通濾波電容。
[0008]本發明提供一種有效的優化傳感器輸出信號的系統，首先傳感器輸出信號依次通過一級限壓、限流和二級限壓後，能夠對後續的模塊，比如說:後端ADC及CPU，進行安全保護，防止過電壓對後續模塊的損害；然後依次通過高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路對傳感器輸出信號進行調理，濾除了信號中的雜質，提高了輸出信號的質量，滿足了對信號品質的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明實施方式總體結構框圖；
[0010]圖2是一級限壓保護單元、限流單元、二級限壓保護單元和高通濾波電路的組合電路圖；
[0011]圖3是低通濾波電路圖；
[0012]圖4是電壓跟隨電路圖；
[0013]圖5是信號放大電路圖；
[0014]圖6為傳感器供電電路圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0016]一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，包括過電壓保護模塊和信號調理模塊，過電壓保護模塊包括依次連接的一級限壓保護單元、限流保護單元和二級限壓保護單元，傳感器的輸出端連接一級限壓保護單元的輸入端，信號調理模塊包括依次連接的高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路，二級限壓保護單元的輸出端連接高通濾波電路的輸入端，低通濾波電路用於隔離高頻電磁幹擾，跟隨電路用於增加輸入阻抗，信號放大電路用於匹配後續模塊的輸入電平。
[0017]基於以上技術方案，結合附圖，給出以下一個【具體實施方式】。
[0018]在風力發電機組監測系統中，所用的傳感器由於工作環境的複雜性，在日常工作中，難免遇到各種各樣的環境危害，比如說雷擊和大風等自然災害的影響，這樣對傳感器的採集信號就會造成很大的影響，尤其是電磁噪聲和過電壓對傳感器信號的影響，為了有效防止上述不利影響，本發明提供一種傳感器過電壓保護和信號調理系統。當然，本發明不限於應用在上述風力發電機組監測系統中，也適用於其他系統中。
[0019]如圖1所示，該傳感器過電壓保護和信號調理系統包括過電壓保護模塊和信號調理模塊，過電壓保護模塊包括一級限壓保護電路、限流保護電路和二級限壓保護電路，信號調理模塊包括高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路。
[0020]一級限壓保護電路的輸入端連接至傳感器，輸出端連接至限流保護電路的輸入端，限流保護電路的輸出端連接至二級限壓保護電路的輸入端，二級限壓保護電路的輸出端連接至高通濾波電路輸入端，高通濾波電路的輸出端連接至低通濾波電路輸入端，低通濾波電路的輸出端連接至電壓跟隨電路的輸入端，電壓跟隨電路的輸出端連接至信號放大電路的輸入端，信號放大電路輸出端連接至後端ADC的輸入端。
[0021]一級限壓保護電路主要用於限制高於75V的電壓脈衝，限流保護電路主要用於阻斷高於1A的電流，二級限壓保護電路主要用於輔助一級限壓電路進行防護作用，高通濾波電路主要用於隔離傳感器輸出的1V?12V的直流電壓信號，低通濾波電路主要用於隔離高頻電磁幹擾，電壓跟隨電路用於增加輸入阻抗，提高帶載能力，信號放大電路主要用於匹配ADC的輸入電平。
[0022]如圖2所示，一級限壓保護電路為並接在傳感器輸出迴路上的一級限壓模塊G23，限流保護電路由限流模塊PTCl和PTC15組成，二級限壓保護電路由並接在傳感器輸出迴路上的二級限壓模塊Dl和D63組成，高通濾波電路由去除高頻電磁幹擾模塊LI和L48和高通濾波模塊C49組成。
[0023]一級限壓模塊G23具體為氣體放電管；限流保護模塊PTCl和PTC15為2個限流電阻；二級限壓保護模塊Dl和D63為2個串聯的穩壓管；去除高頻電磁幹擾模塊LI和L48為2個高通濾波電感，高通濾波模塊C49為高通濾波電容，該電感和電容串接在輸出迴路上。
[0024]如圖3所示，低通濾波電路包括電容C960和放大器U94A，放大器的同相輸入端連接電容C960。
[0025]如圖4所示，電壓跟隨電路由放大器U94B和外圍的元器件組成，可以有效的增加輸入阻抗，提高帶負載能力。
[0026]如圖5所示，信號放大電路由放大器Ul I和外圍的元器件組成，具體放大倍數由R43、R55與R45、R53的大小決定。
[0027]如圖6所示為傳感器供電電路，Ul為恆流源器件，Rl和R2為分壓電阻，D13為調溫二極體。傳感器供電電路通過輸出4mA恆流來激勵傳感器進行工作。傳感器由傳感器供電電路供給工作電壓，供電線路和信號輸出線路屬於同一根，供電電路通過信號輸出線路反向給傳感器一個電流，傳感器才能輸出相應的電壓。所以，供電電路的輸出端只要接在傳感器的信號輸出線路上就可以，例如:因為高通濾波器的輸入端的線路和傳感器信號輸出線路屬於同一根線路，所以傳感器供電電路的輸出端可以直接焊接在高通濾波電路的輸入端即可。
[0028]以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種傳感器過電壓保護和信號調理系統，其特徵在於，所述系統包括過電壓保護模塊和信號調理模塊，所述過電壓保護模塊包括依次連接的一級限壓保護單元、限流保護單元和二級限壓保護單元，傳感器的輸出端連接一級限壓保護單元的輸入端，所述信號調理模塊包括依次連接的高通濾波電路、低通濾波電路、電壓跟隨電路和信號放大電路，所述二級限壓保護單元的輸出端連接所述高通濾波電路的輸入端，所述低通濾波電路用於隔離高頻電磁幹擾，所述跟隨電路用於增加輸入阻抗，信號放大電路用於匹配後續模塊的輸入電平。
2.根據權利要求1所述的傳感器過電壓保護和信號調理系統，其特徵在於，所述一級限壓保護單元為並接在傳感器輸出迴路上的氣體放電管，二級限壓保護單元為並接在傳感器輸出迴路上的兩個穩壓管，所述穩壓管串聯，所述穩壓管的中間接點接地，所述一級限壓保護單元和二級限壓保護單元之間串接有用於限流的限流電阻。
3.根據權利要求2所述的傳感器過電壓保護和信號調理系統，其特徵在於，所述高通濾波電路由串接在傳感器輸出迴路上的高通濾波電感和高通濾波電容組成。
4.根據權利要求3所述的傳感器過電壓保護和信號調理系統，其特徵在於，所述低通濾波電路包括低通濾波電容和放大器，放大器的同相輸入端連接所述低通濾波電容。
【文檔編號】H02H9/06GK104482945SQ201410787750
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】李佳, 李朝鋒, 初永剛, 田勇, 楊曉光, 李延青, 王獻奎 申請人:許繼集團有限公司, 許昌許繼風電科技有限公司, 國家電網公司