儀器儀表與傳感器信號(hào)帶寬及頻響的現(xiàn)場(chǎng)匹配技術(shù)

概述：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與PLC/FCS/DCS、儀器儀表之間輸入輸出的模擬信號(hào)隔離放大器（亦稱模擬量隔離變送器）屬于模擬信號(hào)調(diào)理的范疇。模擬信號(hào)隔離放大器能有效保護(hù)各級(jí)控制回路，消除或減弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響，抑制公共接地、變頻器、電磁閥及浪涌脈沖對(duì)設(shè)備的干擾，同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有信號(hào)限壓、扼流的功能。是變送器、儀器儀表、變頻器、電磁閥、PLC/DCS輸入輸出及其通訊接口的可靠防護(hù)器件。對(duì)于有些環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，控制系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，高溫、震動(dòng)、潮濕和干擾信號(hào)并存，所以通過隔離放大器將輸入輸出模擬信號(hào)進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)傳且各系統(tǒng)回路完全隔離，的確是當(dāng)今自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。

所謂帶寬（bandwidth）又叫頻寬，是指在固定的的時(shí)間可傳輸?shù)?a href="http://wenjunhu.com/soft/special/" target="_blank">資料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設(shè)備中，帶寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。在模擬設(shè)備儀器中，帶寬通常以每秒傳送周期或赫茲(Hz)來表示。信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。

頻率響應(yīng)簡(jiǎn)稱頻響，在電子學(xué)上用來描述一臺(tái)儀器儀表、PLC等設(shè)備對(duì)于不同頻率的信號(hào)的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個(gè)非常重要的參數(shù)指標(biāo)。

帶寬指標(biāo)的測(cè)試方法如下，在輸入端加上一個(gè)頻率可調(diào)的正弦波模擬信號(hào)，輸出端可以穩(wěn)定跟隨輸入端信號(hào)的最大頻率范圍就是帶寬。工業(yè)信號(hào)隔離放大器帶寬指標(biāo)的工程意義是什么呢？在應(yīng)用當(dāng)中我們?nèi)绾卫斫狻皫挕蹦?帶寬指標(biāo)反映了隔離放大器對(duì)輸入信號(hào)變化的響應(yīng)速度。帶寬越大，隔離放大器對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)速度越快；帶寬越小，說明隔離放大器對(duì)輸入信號(hào)瞬間變化反應(yīng)不敏感，在某些場(chǎng)合也就意味著抗干能力較強(qiáng)。

隔離放大器和隔離變送器的工作原理是首先將傳感器、儀器儀表、PLC等發(fā)送與接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或溫度、位移、頻率、轉(zhuǎn)速等專用信號(hào)通過半導(dǎo)體器件進(jìn)行調(diào)制，再由光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換變送，然后進(jìn)行解調(diào)還原成精度、線性度一致的原有信號(hào)或變換成其它信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離前后信號(hào)的工作電源進(jìn)行隔離處理，以保證信號(hào)輸入、信號(hào)輸出與輔助電源即變換前后的信號(hào)、電源、地之間三隔離。模擬信號(hào)隔離放大器和隔離變送器屬于工業(yè)儀器儀表與傳感器分類中的一種器件，其主要功能是模擬量的隔離、放大、轉(zhuǎn)換及變送，因而就必然有信號(hào)帶寬和頻率響應(yīng)這個(gè)基本的技術(shù)指標(biāo)。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸干擾處理參考方案（變頻器抗EMC干擾專用隔離放大器）：

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有變頻控制設(shè)備、大功率電磁起動(dòng)設(shè)備、GPS高頻信號(hào)無線收發(fā)裝置等存在EMC干擾源的系統(tǒng)，需要針對(duì)不同的干擾源及系統(tǒng)控制信號(hào)的特性來分析確定干擾信號(hào)處理解決方案。
1、傳感器輸出模擬信號(hào)上的干擾

在傳感器輸出端加裝ISO系列模擬信號(hào)隔離放大器可以有效解決模擬信號(hào)傳輸過程中的衰減和EMC干擾，增強(qiáng)顯示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。用于變頻器抗EMC干擾的模擬信號(hào)隔離放大器：ISO EM U-P-O-M系列，是在IC內(nèi)部加裝輸入信號(hào)干擾抑制濾波電路和輸出干擾諧波吸收電路，增強(qiáng)抗EMC電磁干擾和高頻信號(hào)空間干擾功能。特別適用于現(xiàn)場(chǎng)有變頻控制設(shè)備、大功率電磁起動(dòng)、GPS高頻信號(hào)無線收發(fā)裝置的場(chǎng)合。
2、高頻信號(hào)輻射的空間干擾
將各控制系統(tǒng)、設(shè)備分別加裝金屬屏蔽盒（不同頻率段使用的金屬成分不同)并將外殼可靠接地，信號(hào)通訊傳輸線路采用雙絞屏蔽電纜。
3、RS232/RS485的遠(yuǎn)程通訊線路干擾
在RS232/RS485通訊接口上加裝DC-DC隔離模塊電源，將通訊供電電源與其它電源直接隔離開來。信號(hào)通訊傳輸線路也要采用雙絞屏蔽電纜(屏蔽層接地）。
4、系統(tǒng)供電電源電路中的干擾
現(xiàn)場(chǎng)有大電流晶閘管、變頻控制設(shè)備、大功率電磁起動(dòng)裝置的，對(duì)電源系統(tǒng)的供電參數(shù)會(huì)產(chǎn)生畸變影響。通過電源電路，干擾信號(hào)會(huì)進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)控制裝置。因此，首先要確定現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)裝置接地良好，各裝置的供電電源要加裝與其相匹配的電源濾波器（低通EMI濾波器或抑制電抗器）。

模擬信號(hào)隔離放大器隔離變送器的帶寬與頻響工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指標(biāo)選型應(yīng)用參考：

1、模擬信號(hào)在變化頻率緩慢（<50Hz）的場(chǎng)合（如測(cè)量溫度、壓力、位移、流量等），可選用帶寬較小、低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-M系列產(chǎn)品(M：表示低頻響)。 所以在變頻器控制系統(tǒng)中，為抑制和隔離EMC干擾，常選用：ISO EM U-P-O-M系列的隔離放大器。

2、模擬信號(hào)在變化頻率高（>2KHz）的場(chǎng)合（如測(cè)量轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)高速電子開關(guān)、開關(guān)電源的PWM控制等），為保障采集數(shù)據(jù)的完整和可靠，常選用高帶寬、高低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-H系列產(chǎn)品(H：表示高頻響)。

3、高頻與低頻響環(huán)境以外的大多數(shù)系統(tǒng)都選擇常規(guī)頻響（2K）產(chǎn)品：ISO EM A-P-O或ISO EM U-P-O系列。

4、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有強(qiáng)磁空間干擾（高頻電磁大電流負(fù)載）場(chǎng)合可選用光電隔離放大器：ISO U(A)-P-O-M系列。

信號(hào)隔離器/隔離放大器/隔離變送器IC外型尺寸及PCB布板尺寸參考（SIP12 Pin）

隔離放大器隔離變送器IC，ISO EM系列典型應(yīng)用接線圖（ISO EM A-P-O / ISO EM U-P-O）

零點(diǎn)、增益可調(diào)節(jié)型隔離放大器IC，ISO EM-T系列典型應(yīng)用接線圖（ISO EM A-P-O-T / ISO EM U-P-O-T）

輸入端隔離配電型隔離變送器IC：ISO EM-S系列典型應(yīng)用接線圖（ISO EM A-P-O-S / ISO EM U-P-O-S）