什么是信号调理器?

信号调理是一个数据采集的过程,信号调理器是用来执行这个过程的仪器。将一种电或机械信号(输入信号)转换为另一种(输出信号)。其目的是将这个信号放大并转换成易于识别并兼容数据采集或机器控制的形式。

信号调理器有助于提供测量的准确度,这对于高精度数据采集和机器控制是必不可少的。并可以执行更多的不同功能,本文将概述新的趋势。

信号调理器的功能

信号转换

信号调理器的主要功能是接收信号并将其转换成更高电平的电信号。信号转换通常用于使用多种传感器进行测量的工业应用。由于使用的传感器不同,因此需要转换为所连接设备能使用的信号,都需要能被转换成标准过程信号。

线性化

当传感器产生的信号与物理量没有线性关系时,某些信号调理器可以实现线性化。这是一个软件解释信号的过程,例如热偶信号。由于每个传感器都不可能是完全线性的,所以这种方法可以用来实现更高精度。在传感器标定以过程及校准协议中,需要对线性化参数进行评估。

放大

下一步是信号放大和处理或数字化信号的过程。信号放大的方法有两种:增加输入信号的分辨率,或者提高信噪比。

信号调理采用不同目的多种不同放大器,为提高精度,最好使用直流信号,具有高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR),高增益等特性。另外就是采用隔离放大器,一般是在通过小的交流或差分信号时,采用设备的隔离高直流电平。

滤波

信号调理器的另一个重要功能是滤波,其对信号频谱进行滤波,只保留有效数据并防止噪声。滤波可以采用无源和有源部件或是数字算法。无源滤波只使用电容、电阻和电感器,其最大增益为1。有源滤波除了运算放大器和晶体管等有源元件外,还使用无源元件。最先进的信号调理器采用数字滤波,因为它们易于调整,且不需要硬件。数字滤波器是一种用来处理信号的数学滤波器,例如阻断或通过特定的频率。他们使用的逻辑元件包括 ASIC、FPGAs或一个信号处理顺序程序。

评估和智能功能

除了以上功能外,现代信号调理器还带有信号评估和测量数据预处理等额外功能。这有助于通过电开关输出快速监视和评估并警报。额外的智能功能,如内部计算通道带有数学处理功能,PID 控制器等。这些功能有助于获得快速反应系统,减少机器控制负荷。

接口

信号转换器必须通过标准接口和协议来传输传感器信号和机器控制。这些接口可以是模拟的,也可以是数字的。常见的模拟接口包括电压(±10V)或电流信号(+ / - 20mA),但每一个信号都需要单独布线。现代数字接口被设计为基于总线的以太网接口(PROFINET,Ethercat,以太网/ IP),通过一根线就可以连接多个部件。这不仅减少了布线,还可以传输额外的信息,如组件的诊断信息等。这对于减少宕机时间和快速维护非常重要。

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