[發明專利]一種安全型模擬電壓采集實現電路

有效

• 申請號: 202110001942.1
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112816772B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 丁歡;沈俊遠;張志輝;任喜國;肖毅平
• 申請（專利權）人: 北京全路通信信號研究設計院集團有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張迎新;史光偉

一種安全型模擬電壓采集電路，包括硬件異構電路，包括構成互為對稱的二取二結構的A系硬件電路和B系硬件電路、反向電路、系間隔離單元，所述輸入端與A系硬件電路連接，且通過反向電路后與B系硬件電路連接；所述A系硬件電路和B系硬件電路還通過系間隔離單元連接；所述A系硬件電路和B系硬件電路均包括依次設置的防護電路、差分濾波電路、差分放大電路、低通濾波電路、AD采集電路、采集電路供電單元、安全部分供電單元、安全電路與采集電路隔離單元、邏輯處理單元。將二取二設計用于模擬電壓采集，實現對模擬電壓的安全采集。將硬件異構設計用于模擬電壓采集，實現對模擬電壓的安全采集和對多路交直流差分、單端電壓信號的安全采集。

技術領域

本發明屬于軌道電路技術領域，特別涉及一種安全型模擬電壓采集實現電路。

背景技術

電壓采集裝置是工業應用中的常用裝置，既有的電壓采集方法主要著重實現多路電壓采集、提高采樣精度、提高采樣速率、降低成本、減小體積等方面性能，目前并沒有發現可用于鐵路等安全領域的安全型電壓采集方法，非安全型電壓采集裝置并不能用于鐵路等安全領域。

模擬電壓采集裝置是工業現場常用的模擬量采集裝置，用戶可將電壓采集裝置用于采集電壓實際波形并根據電壓采集的結果給現場各種執行單元發送控制指令。在鐵路等安全領域中，對電壓采集裝置有安全需求，即電壓采集裝置需要達到安全領域里的安全認證等級。

既有的電壓采集裝置主要將優化點放在實現多路電壓采集、減少體積、降低成本等方面，例如“多通道電壓采集模塊201810683126.1”，主要著重實現多路電壓采集、易擴展、電路結構簡單等性能，目前并無發現可滿足安全需求的電壓采集實現方法。

發明內容

針對上述問題，本發明

一種安全型模擬電壓采集電路，包括：

硬件異構電路，包括構成互為對稱的二取二結構的A系硬件電路和B系硬件電路、反向電路、系間隔離單元，所述輸入端與A系硬件電路連接，且通過反向電路后與B系硬件電路連接；所述A系硬件電路和B系硬件電路還通過系間隔離單元連接；

所述A系硬件電路和B系硬件電路均包括依次設置的防護電路、差分濾波電路、差分放大電路、低通濾波電路、AD采集電路、采集電路供電單元、安全部分供電單元、安全電路與采集電路隔離單元、邏輯處理單元。

具體地說，所述安全部分供電單元輸入端為24V直流電。

具體地說，工作步驟如下：

S1、連接電路；

S2、A系硬件電路和B系硬件電路中的FPGA與FPGA內嵌的CPU每周期T進行一次時鐘同步；CPU每周期T將上周期M個采樣數據進行交互比較，單個采樣點比較是否通過的標準是A系硬件電路和B系硬件電路對應采樣點電壓絕對值的差的絕對值是否小于閾值N，A系硬件電路的第一個采樣點電壓為VA1、B系硬件電路的第一個采樣點電壓為VB1，當|(|VA1-|VB1|)|N時，比較通過，當|(|VA1|-|VB1|)|≥N時，比較不通過，其中N為自然數；若比較通過則取兩系對應采樣點電壓的平均值作為對應采樣點最終的采樣電壓值，即V＝(|VA1|+|VB1|)/2，當周期的所有采樣點都比較通過才認為該周期數據采集成功，否則認為采集失敗。

具體地說，當A系硬件電路輸入電壓V時B系硬件電路的輸入電壓為-V，CPU處理時取兩系電壓的絕對值；當A系硬件電路和B系硬件電路的差分放大電路因同樣的故障導致出現同樣的溫漂時，兩系差分放大電路輸出的單端電壓信號與實際輸入的電壓信號相比有一個相同的采集偏置F，兩系差分放大電路輸出的單端電壓分別為V+F、-V+F。

相對于現有技術，本發明可以：1、將二取二設計用于模擬電壓采集，實現對模擬電壓的安全采集。2、將硬件異構設計用于模擬電壓采集，實現對模擬電壓的安全采集。3、實現了對多路交直流差分、單端電壓信號的安全采集。