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模拟量信号的红外传输与采集
模拟量信号的红外传输与采集
张晓龙 曾欣荣 叶家艳
(西南交通大学 电气工程学院 成都 610031)
【摘 要】 文中介绍了一种模拟量信号的红外传输与采集系统, 提出了用双频调制检出异常传输
状态和用V ?F 变换及频率测量进行A ?D 转换的方法, 并对系统工作原理和系统精度 进行了分析。
【关键词】 V ?F 变换; 频率调制; 红外传输; 测频接口
【分类号】 TN 929. 1; T P 274. 2
在对电力设备泄漏电流的测试和对电气化铁路接触网状态的测试等测试系统中, 测试传
感器安装于数千伏至数十万伏的高电压侧, 传感器与计算机接口间必须有足够的绝缘隔离, 因 而不能直接用电缆连接。在这种情况下, 通常采用无线电或光纤传输方式。利用无线电通讯可 实现各种距离的移动体间的信号传输, 但在恶劣的电磁环境中, 无线电通讯易受干扰。利用光
纤可实现在非常恶劣的电磁环境中将高电压侧的信号隔离传输至低电压侧, 但当测试传感器
与微机接口间存在相对运动时, 光纤极易损坏, 难以保证测试系统的可靠性。为此, 本文介绍了 一种电压模拟量信号的红外传输与采集系统, 该系统将测试传感器输出的电压模拟量变为频
率脉冲量, 再经红外光电传输至计算机接口, 实现了在恶劣电磁环境中近距离移动体间的电压 模拟量信号的隔离传输与采集。
系统构成及原理
1
该系统由发送单元、接收单元和计算机接口三部分构成。系统结构如图1所示。发送单元对
输入电压量采样后, 经线性V ?F 变换为频率脉冲信号, 再经频率调制后由红外发光管输出红 外脉冲信号; 接收单元接收红外脉冲信号, 经放大、解调后送入计算机测频接口; 计算机读取频 率值, 并根据V ?F 变换的线性关系求得采样电压值。
1. 1 发送单元
发送单元由采样保持电路、V ?F 变换电路、频率调制电路和红外发射电路组成 (见图2)。
输入电压 v i 经采样保持后, 由V ?F 变换电路线性变换为脉冲频率信号 f v。采样保持电路 为频控采样, 在 f v 的每个周期结束时对 v i 进行采样, 并保持至下一个周期结束。为提高系统转 换速度, V ?F 变换电路设计为: 当输入电压 v i 为允许最小值 v im in 时, 输出脉冲频率f vm in μ 0。采 样保持器的最大采样间隔tcm ax = 1 ?f vm in。f vm in 越大, 则tcm ax 越小, 系统转换速度越快。V ?F 变换
第1期
张晓龙等: 模拟量信号的红外传输与采集
117
电路的线性关系为
f v - f vm in =
常数
(1)
K =
v i - v im in
当 v i 为允许的最大值 v im ax 时, 输出脉冲频率为
f vm ax = f vm in + K (v im ax - v im in )
(2)
图1 系统结构框图
图2 发送单元原理框图
为便于对 f v 进行频率调制, 必须使 f v 脉冲有足够宽度。因此, V ?F 变换电路设计为: 当输出 f v
= f vm ax 时, f v 脉冲的占空比为50% 。由V ?F 变换电路的特性, f v 脉冲的低电平宽度为固定值,
因此, 当 f v f vm ax 时, f v 脉冲的占空比大于50? 。这样, 对允许范围内的任一输出 f v , 其脉冲宽 度均不小于1?2f vm ax。
频率调制电路由振荡频率分别为 f x 和 f y 的两个可控振荡器和一个或门组成。由V ?F 变 换电路输出的脉冲频率信号 f v 作为两个振荡器的起振
与停振控制信号。在 f v 的上升沿, 使 F x 振荡器起振, 输
出 u x 为频率信号 f x , 同时使 F y 振荡器停振, 输出 u y 为 低电平; 在 f v 的下降沿, 使 F x 振荡器停振, 输出 u x 为低 电平, 同时使 F y 振荡器起振, 输出 u y 为频率信号 f y。在
f v 的高电平时, 或门输出 uQ 的频率为 f x ; 在 f v 的低电平
图3 发送单元频率调制原理波形图
时, uQ 的频率为 f y
。频率调制的原理波形如图3所示。
为使调频信号 uQ 能被解调电路可靠解调, 频率调制电路应满足
f x f y ≥ 10f vm ax
(3)
调频信号 uQ 控制晶体管 T 的导通与截止, 使红外发光管D 将 uQ 信号转换为红外脉冲信
号发出。为使红外发光管处于最佳脉冲发射状态, 应使 uQ 的脉冲占空比为50? , 即 f x 与 f y 的 脉冲占空比为
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