测控技术[摘要]关键词0引言一种高精度光电隔离方法的设计与王琳,陈松立,季海涛,陈婕(中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008实现利用线性模拟器件HCNR201搭建电压量隔离测试的硬件电路j并对隔离输出进行软件补偿,给出数据测试结果,验证了该方法的正确性。该方法在嵌入式煤巷突出预测系统中得到了很好的应用。HCNR201软件补偿嵌入式系统现代化的大型煤矿使用大量的大功率设备,一方面使得生产效率得以大幅度提高,但另一方面也产生了很多复杂的电磁干扰,造成电网的污染。这些干扰源通过耦合通道对嵌入式系统产生干扰,导致输出脱离计算机指令的要求,甚至引起设备事故。解决模拟信号通道引入干扰的一个有效的方法就是采用隔离技术,即将产生干扰信号的干扰源与测量系统隔离开。目前,利用光电隔离方法进行模拟量隔离越来越受到欢迎,应用也更加普遍。本文给出一种利用高精度线性模拟光耦器件HCNR201光电隔离方法对模拟电压信号进行采集的电路,对隔离输出进行了软件补偿,并通过实验证明了该方法的正确性。1应用电路的实现具体应用电路如图1所示,将PDl接入到输入电路,用来检测和稳定发光二极管发光的强度,则PD2作为输出电路的一部分与测量电路实现了电气隔离。运放U1A构成负反馈放大电路,PDl接在U1A的输入端,完成对I。ED输出光信号的检测,并自动调整通过I。ED的电流,以补偿LED光强随温度变化引起的非线性,因此该反馈放大器主要用于稳定LED的光输出并使其线性化。U2A构成电流电压转换电路,U2A和R:将PD2转换为电压输出。R。为LED的限流电阻,C。、C:起反馈作用,用于改善电路的高频特性,提高电路的稳定性,消除自激振荡,滤除电路中的毛刺信号,降低电路的输出噪声,其容值可根据电路的频率特性来选取。“”根据运放的虚短特性得到IpD。一VInl/Rl(1“”根据运放的虚断特性得到JPD2=V叭n1×R2(2输出电压为:收稿日期:2008—08—28作者简介:王琳(1984一,硕士研究生,主要从事电机与电器方向的研究。G100pFI、jNU图1高精度线性光耦电压隔离电路pV。。l=Vinl×Ka了.1(3^Z由式(3可以看出,由于K为一定值,只要合理选择R:和R:就可以配置输入输出电压之间的比例。本电路VCCl、VCC2分别采用单12V电源,输入电压V.m,范围为1~5V。选择输入电压等于输出电压,即R,一R:,LED最大输入电流Jf选在20mA,LED的限流电阻选500D,,最终选择R。一R。一100k12,JPDl和JP|2电流大小在10b50扯A之间。EWB电路仿真结果如图2所示。从图中可以看出,输入输出的线性度很好,误差在5%以下。实际应用中可以通过调节K或在一定条件下调节隔离偏移量,通过硬件线性隔离加软件调整可以使电路达到很高的精度。围2隔离电路仿真波形电工技术I2008112期143万方数据测控技术2线性补偿实现通过测量获得模拟量输入信号电压和经过光耦隔离放大后的输出信号电压,为用软件获取拟合多项式和程序实现软件补偿提供了数据。这些数据是指在实验室条件下的模拟量输入测量数据。为了保证测量数据准确性和一致性,以及以后拟合误差达到最小,必须对信号输入源严格要求,采用精度高的信号源,还要在所测数据的选择上慎重考虑,两组测量数据之间的间隔不要很大。具体测量方法为:利用ADT700模块的DAC功能,输出0~6V的输出电压作为进入信号调理电路的模拟量输入信号(系统实际输入电压1~5V,ADT700模块每输出一个电压值利用ADT700模块的ADC功能测得调理电路的模拟量输出信号,这样就会有一组一一对应的输入和输出数据,根据这些数据利用补偿软件得出拟合函数。补偿软件的流程图,如图3所示。亟二卜|喘编瓣H船鼢H设%琶从HA,D采集I二正M塑区坩蟹习懂堕獭岁由于模拟量的输入与隔离后的输出信号之间是线性的关系,所以在拟合中采用一次拟合函数Y—a.Tg+b,以模拟量的输入为z,隔离后的输出信号为Y,基于VB和MareixVB的数据拟合补偿软件求解a,b。图4“为拟合之前输入输出曲线。图中MatrixViewer”窗口中的2组数据为拟合得到的函数系数,a一0.991,b一0.001979得到拟合函数:Y—z・0.991+0.001979(4式中tz为隔离后A/D转换值,y为补偿后隔离前输入值。通过在数据采集程序中加入这个公式,对A/D得到的数值z进行运算可以获得较高精度的数据Y。实验证明,补偿后的输入输出误差可以控制在0.5%以内。图...