[發明專利]一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法及隔離電路

在審

• 申請號: 201811576261.2
• 申請日: 2018-12-22
• 公開（公告）號: CN109541272A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 喬愛民;羅少軒;李瑜慶
• 申請（專利權）人: 蚌埠學院
• 主分類號: G01R1/30
• 分類號: G01R1/30
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務所有限公司 34102
• 代理人: 王琪

1.一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法，其特征在于：將模擬信號作為調制信號，較高頻的方波信號作為載波信號，利用高頻變壓器作為模擬乘法器，將模擬信號與方波信號通過模擬乘法器進行時域乘積得到調幅波，再利用同步解調方法對調幅波進行解調后再進行低通濾波以還原原來的模擬信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法，其特征在于：首先模擬信號經幅值變換后的單極性信號和方波載波信號進入調制器內進行調制得到調幅波；調幅波再利用解調器進行同步解調，同步解調后的調幅波經低通濾波電路進行濾波，剩下與原始模擬信號頻譜相似的低頻信號，最后與原始模擬信號頻譜相似的低頻信號通過幅值變換還原原始的模擬信號。

3.基于權利要求1所述方法的基于變壓器耦合的模擬信號隔離電路，其特征在于：包括有幅值變換電路、調制及同步解調濾波電路和幅值逆變換電路；

所述的幅值變換電路包括有傳感器接口JP1、零位調節電路、儀器放大器U1、精密運算放大器U2、電位器RG及若干電容和電阻，所述的零位調節電路連接于傳感器接口JP1的IN+引腳上，傳感器接口JP1的IN+引腳與儀器放大器U1的同相輸入端連接，傳感器接口JP1的GND引腳與儀器放大器U1的反相輸入端連接，儀器放大器U1的輸出端與精密運算放大器U2的同相輸入端連接，精密運算放大器U2的反相輸入端通過電位器RG接地，精密運算放大器U2的輸出端作為幅值變換電路的輸出端輸出幅值變換后的單極性信號Vin1；

所述的調制及同步解調濾波電路包括有反向保護二極管D1、自恢復保險絲F1、初級低通濾波電路、電阻R20、電阻R22、電容C11、電容C12、NPN三極管Q4、NPN三極管Q5、高頻變壓器T1、二極管D5、場效應管Q6、高頻變壓器T2、二極管D10、場效應管Q7和二級低通濾波電路，所述的反向保護二極管D1的正極與24V直流電源連接，反向保護二極管D1的正極與自恢復保險絲F1的一端連接，自恢復保險絲F1的另一端與初級低通濾波電路的輸入端連接，電阻R20的一端、電阻R22的一端均與初級低通濾波電路的輸出端連接，電阻R20的另一端與NPN三極管Q4的基極連接，電阻R22的另一端與NPN三極管Q5的基極連接，NPN三極管Q4的集電極通過電容C11與NPN三極管Q5的基極連接，NPN三極管Q5的集電極通過電容C12與NPN三極管Q4的基極連接，NPN三極管Q4的發射極和NPN三極管Q5的發射極均接地，NPN三極管Q4的集電極與高頻變壓器T1初級線圈的一端連接，NPN三極管Q5的集電極與高頻變壓器T1初級線圈的另一端連接，初級低通濾波電路輸出端與高頻變壓器的T1初級線圈連接作為激勵電源，高頻變壓器T1的次級產生三路相互隔離和獨立的正負對稱電源，高頻變壓器T1的第一路次級形成8V正負對稱電源，高頻變壓器T1第二路次級形成14V正負對稱電源，且第一路次級的正極與二極管D5的負極連接，二極管D5的正極與場效應管Q6的柵極連接，場效應管Q6的源極與第一路次級的負極連接，場效應管Q6的漏極與高頻變壓器T2的一端連接，高頻變壓器T2的另一端與幅值變換電路的輸出端連接，高頻變壓器T2次級的一端與場效應管Q7的漏極連接，場效應管Q7的源極接地，場效應管Q7的柵極與二極管D10的負極連接，二極管D10的正極連接+14V電源，二級低通濾波電路是由電阻R12、電容C22、電容C23、電阻R26和電容C28組成，電容C28的一端與高頻變壓器T2次級的一端連接，電容C28的一端另一端通過電阻R26與高頻變壓器T2次級的另一端連接，電阻R12的一端、電容C22的一端均與高頻變壓器T2次級的另一端連接，電阻R12的另一端和電容C23的一端連接作為濾波電壓輸出端，電容C22的的另一端和電容C23的另一端接地；

所述的幅值逆變換電路選用電壓幅值逆變換電路或電流幅值逆變換電路；電壓幅值逆變換電路包括有運算放大器U3、插座P1、插座P2、電阻R7、電阻R24、電容C21、電阻R18、電阻R15、二極管D1、電容C17、電容C18和電阻R14，所述的插座P1的引腳3為濾波電壓輸入端、引腳1為接地端，所述的插座P1的引腳1為濾波電壓輸入端、引腳3為接地端，所述的插座P1的引腳2和3短接，插座P2的引腳2和3，插座P1的引腳2通過電阻R7與運算放大器U3的同相輸入端連接，插座P2短接后的引腳2通過電阻R24與運算放大器U3的反相輸入端，電容C21和電阻R18并聯后一端與運算放大器U3的反相輸入端連接、電容C21和電阻R18并聯后的另一端、運算放大器U3的輸出端、二極管D1的正極均與電阻R15的一端連接，二極管D1的負極連接+14V電源，電阻R14的一端、電容C17的一端均與電阻R15的另一端連接，電阻R14的另一端和電容C18的一端連接作為標準電壓變送信號輸出端，電容C17的另一端、電容C18的另一端均接地；

所述的電流幅值逆變換電路包括有運算放大器U3、插座P1、插座P2、插座P3、電阻R7、電阻R24、電容C21、電阻R18、電阻R15、二極管D1、電容C17、電容C18、電阻R8、電阻R25、電阻R17、二極管D2、PNP三極管Q1、PNP三極管Q2和NPN三極管Q3,所述的插座P1的引腳3為濾波電壓輸入端、引腳1為接地端，所述的插座P1的引腳1為濾波電壓輸入端、引腳3為接地端，所述的插座P1的引腳2和1短接，插座P2的引腳2和1，插座P1的引腳2通過電阻R7與運算放大器U3的同相輸入端連接，插座P2的引腳2通過電阻R24與運算放大器U3的反相輸入端，電容C21和電阻R18并聯后的一端與運算放大器U3的反相輸入端連接，電容C21和電阻R18并聯后的另一端、PNP三極管Q2的發射極均與插座P3的引腳2連接，運算放大器U3的輸出端、二極管D1的正極、插座P3的引腳1均與電阻R15的一端連接，二極管D1的負極連接+14V電源，電容C17的一端、電容C18的一端、PNP三極管Q1的基極、PNP三極管Q2的集電極、二極管D2的負極、電阻R15的另一端連接作為電流變送信號輸出端，電容C17的另一端和電容C18的另一端均接地，電阻R8的一端與運算放大器U3的同相輸入端連接，電阻R8的另一端與+14V電源連接，電阻R25的一端與+14V電源連接，電阻R17的一端與+14V電源連接，電阻R25的另一端均與PNP三極管Q2的發射極連接，電阻R17的另一端、PNP三極管Q2的基極、PNP三極管Q1的發射極均與NPN三極管Q3的集電極連接，PNP三極管Q1的集電極與NPN三極管Q3的基極連接，NPN三極管Q3的集電極與二極管D2的正極連接。