用于可靠工業(yè)測(cè)量的隔離技術(shù)及不同方式的實(shí)現(xiàn)

　　在理想的隔離放大器中，模擬輸出信號(hào)應(yīng)該與模擬輸入信號(hào)一致。圖7中標(biāo)有“隔離”的部分采用了上文討論的技術(shù)（光電、電容、電感耦合），使信號(hào)通過(guò)隔離阻障。模塊化電路已為信號(hào)提供了隔離電路。對(duì)于光電方式，需要將信號(hào)數(shù)字化或轉(zhuǎn)換為不同的光強(qiáng)度。對(duì)于電容及電感方式，需要將信號(hào)轉(zhuǎn)換為不同的電場(chǎng)或磁場(chǎng)。解調(diào)電路讀取隔離電路的輸出，并將其轉(zhuǎn)換回原始模擬信號(hào)。

　　由于模擬隔離位于信號(hào)數(shù)字化之前，對(duì)于已有的無(wú)隔離數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采用外部信號(hào)調(diào)理是最佳方案。此時(shí)，由數(shù)據(jù)采集設(shè)備來(lái)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，而由外部電路提供隔離。結(jié)合數(shù)據(jù)采集設(shè)備與外部信號(hào)調(diào)理，測(cè)量系統(tǒng)供應(yīng)商能開(kāi)發(fā)出多用途的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及傳感器專用信號(hào)調(diào)理。圖8中采用隔離放大器設(shè)計(jì)靈活的信號(hào)調(diào)理，實(shí)現(xiàn)模擬隔離。將隔離置于模擬前端的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠保護(hù)ADC及其它模擬電路免受電壓尖峰影響。

　　圖8.隔離放大器用于靈活的信號(hào)調(diào)理硬件

　　市面上有多款使用通用數(shù)據(jù)采集設(shè)備與外部信號(hào)調(diào)理的測(cè)量產(chǎn)品，如NI M系列的幾款非隔離型通用多用途數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可提供高性能的模擬I/O及數(shù)字I/O。對(duì)于需要隔離的應(yīng)用，您可以選用帶外部信號(hào)調(diào)理的M系列設(shè)備，如美國(guó)國(guó)家儀器公司的SCXI或SCC模塊。這些信號(hào)調(diào)理平臺(tái)提供隔離及專用信號(hào)調(diào)理功能，可直接與負(fù)載單元、應(yīng)力規(guī)、pH傳感器等工業(yè)傳感器連接。

　　數(shù)字隔離

　　ADC是模擬輸入數(shù)據(jù)采集設(shè)備的關(guān)鍵器件之一。為了獲得最佳的性能，ADC的輸入信號(hào)應(yīng)盡量與原始模擬信號(hào)一致。模擬隔離可能在信號(hào)傳輸?shù)紸DC的過(guò)程中引入增益、非線性、及偏移等誤差。ADC離信號(hào)源越近，性能就越好。由于模擬隔離器件價(jià)格昂貴且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，在過(guò)去，盡管數(shù)字隔離性能更好，但是為了保護(hù)昂貴的ADC，不得不選擇模擬隔離。隨著ADC價(jià)格不斷降低，測(cè)量設(shè)備的供應(yīng)商正從對(duì)ADC的保護(hù)轉(zhuǎn)而追求數(shù)字隔離器以實(shí)現(xiàn)更好的性能及更低的成本，如圖9所示。

　　圖9. 16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格不斷降低

　　圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家儀器公司和ADC主要供應(yīng)商