專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光電隔離式4～20mA輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光電隔離式4 20mA輸出裝置，屬于電流信號(hào)輸出技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
4 20mA電流信號(hào)輸出，是過(guò)程控制系統(tǒng)中許多現(xiàn)場(chǎng)儀表的重要附屬功能之一。 將現(xiàn)場(chǎng)儀表所測(cè)量物理量，包括溫度、流量、壓力、閥位開(kāi)度等，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的4 20mA電流信號(hào)的裝置(包括軟、硬件)，稱(chēng)為4 20mA電流信號(hào)發(fā)生裝置，原理框圖如圖1所示?，F(xiàn)有的4 20mA信號(hào)輸出裝置的實(shí)現(xiàn)方式有以下幾種按照微處理器與輸出裝置之間信號(hào)的傳輸模式，可以分為PWM模擬式輸出和D/A數(shù)字式輸出兩種；按照其中光電隔離器件工作原理的不同，又可以分為脈沖光耦隔離式和線性光耦隔離式；按照V-I轉(zhuǎn)換模式的不同，又可以分為集成元件式環(huán)流發(fā)生器和分立元件式V-I發(fā)生器。采用上述實(shí)現(xiàn)方式的4 20mA信號(hào)輸出裝置，由于在D/A器件與后面的4 20mA 環(huán)流發(fā)生器之間，增加了線性光耦，線性光耦本身屬于模擬器件，其本身固有的非線性因素，會(huì)直接影響信號(hào)傳輸?shù)木€性度，即增加了輸出信號(hào)的非線性。其次，在隔離部分采用線性光耦作為隔離器件，由于線性光耦自身工藝限制，增加了信號(hào)的非線性和誤差。并且，在 4 20mA電流輸出變換部分，由于采用了分離元器設(shè)計(jì)，使元器件參數(shù)匹配和電路調(diào)試難度增加，閥位反饋裝置的集成度降低，輸出信號(hào)在穩(wěn)定性和抗干擾等方面性能降低，誤差增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有的4 20mA信號(hào)輸出裝置存在的信號(hào)傳輸過(guò)程中的非線性和誤差較大、以及裝置的集成性和可靠性較差的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種光電隔離式4 20mA輸出電路。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種光電隔離式4 20mA輸出裝置，包括微處理器、開(kāi)關(guān)光耦、整形器、D/A轉(zhuǎn)換器和4 20mA環(huán)流發(fā)生器，所述微處理器的信號(hào)輸出端與所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸入端連接，所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸出端與所述整形器的信號(hào)輸入端連接，所述整形器的信號(hào)輸出端與所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端與所述4 20mA環(huán)流發(fā)生器的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)用新型通過(guò)前端的數(shù)字型傳輸模式和開(kāi)關(guān)式光電隔離電路設(shè)計(jì)，可以使所測(cè)量物理量的數(shù)字信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斴^長(zhǎng)的距離，并且以無(wú)誤差的數(shù)字信號(hào)方式進(jìn)行傳輸；本裝置可以做成分離式的專(zhuān)用模塊電路結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于主控電路板，在產(chǎn)品配置中，靈活選用； 由于輸出端采用了專(zhuān)用環(huán)流發(fā)生器，使得整個(gè)電路得以精簡(jiǎn)高效，穩(wěn)定性也得以顯著提高， 整個(gè)裝置的集成度也大幅提升。
圖1為現(xiàn)有的4 20mA電流信號(hào)發(fā)生裝置的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的光電隔離式4 20mA輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的光電隔離式4 20mA輸出裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本具體實(shí)施方式
提供了一種光電隔離式4 20mA輸出裝置，如圖2和圖3所示， 包括微處理器1、開(kāi)關(guān)光耦2、整形器3、D/A轉(zhuǎn)換器4和4 20mA環(huán)流發(fā)生器5，微處理器1 的信號(hào)輸出端與開(kāi)關(guān)光耦2的信號(hào)輸入端連接，開(kāi)關(guān)光耦2的信號(hào)輸出端與整形器3的信號(hào)輸入端連接，整形器3的信號(hào)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器4的信號(hào)輸入端連接，D/A轉(zhuǎn)換器4的信號(hào)輸出端與4 20mA環(huán)流發(fā)生器5的信號(hào)輸入端連接。具體的，將所測(cè)物理量(如溫度、流量、壓力、位移等)信號(hào)，通過(guò)微處理器1處理后，變成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)同步通信端口直接輸出；經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)光耦2(開(kāi)關(guān)式光電隔離電路)完成前后電源和信號(hào)的物理隔離；整形器3可以使經(jīng)過(guò)光電耦合隔離后，波形失真的數(shù)字信號(hào)，得以復(fù)原成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)；通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器4形成對(duì)應(yīng)大小的模擬電壓，該電壓信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)4 20mA環(huán)流發(fā)生器5，形成對(duì)應(yīng)的4 20mA電流信號(hào)。本實(shí)用新型采用超低功耗的開(kāi)關(guān)光耦器件，作為輸入/輸出信號(hào)隔離器件，對(duì)微處理器輸出的數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行光電隔離，并在光耦輸出端增加數(shù)字整形集成電路，保證了原始數(shù)字信號(hào)的還原；相比線性光耦隔離在模擬信號(hào)傳輸中的方式，大大降低了由于信道傳輸引起的誤差。光耦輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)高性能D/A轉(zhuǎn)換芯片，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，該模擬電壓直接驅(qū)動(dòng)集成環(huán)流發(fā)生器，減少了中間傳輸環(huán)節(jié)，極大提高了信號(hào)傳輸?shù)木群蛡鬏斁€路的抗干擾能力。在電路的輸出端，采用了專(zhuān)用高性能4 20mA環(huán)流發(fā)生器集成芯片，在D/A與環(huán)流發(fā)生器之間，取消了放大環(huán)節(jié)，提高了整個(gè)電路的集成度，從而也提高了輸出電流的穩(wěn)定性和可靠性。采用本具體實(shí)施方式
提供的技術(shù)方案，通過(guò)前端的數(shù)字型傳輸模式和開(kāi)關(guān)式光電隔離電路設(shè)計(jì)，可以使所測(cè)量物理量的數(shù)字信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斴^長(zhǎng)的距離，并且以無(wú)誤差的數(shù)字信號(hào)方式進(jìn)行傳輸；本裝置可以做成分離式的專(zhuān)用模塊電路結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于主控電路板， 在產(chǎn)品配置中，靈活選用；由于輸出端采用了專(zhuān)用環(huán)流發(fā)生器，使得整個(gè)電路得以精簡(jiǎn)高效，穩(wěn)定性也得以顯著提高，整個(gè)裝置的集成度也大幅提升。本實(shí)用新型不僅能應(yīng)用于智能閥門(mén)定位器的位置反饋輸出電路，而且可以應(yīng)用于所有的帶有4 20mA電流輸出功能的現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表中。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1. 一種光電隔離式4 20mA輸出裝置，包括微處理器、開(kāi)關(guān)光耦、整形器、D/A轉(zhuǎn)換器和4 20mA環(huán)流發(fā)生器，其特征在于，所述微處理器的信號(hào)輸出端與所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸入端連接，所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸出端與所述整形器的信號(hào)輸入端連接，所述整形器的信號(hào)輸出端與所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端與所述 4 20mA環(huán)流發(fā)生器的信號(hào)輸入端連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種光電隔離式4～20mA輸出裝置，包括微處理器、開(kāi)關(guān)光耦、整形器、D/A轉(zhuǎn)換器和4～20mA環(huán)流發(fā)生器，所述微處理器的信號(hào)輸出端與所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸入端連接，所述開(kāi)關(guān)光耦的信號(hào)輸出端與所述整形器的信號(hào)輸入端連接，所述整形器的信號(hào)輸出端與所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端與所述4～20mA環(huán)流發(fā)生器的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)用新型可使所測(cè)量物理量的數(shù)字信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斴^長(zhǎng)的距離，并且以無(wú)誤差的數(shù)字信號(hào)方式進(jìn)行傳輸；整個(gè)電路精簡(jiǎn)高效，穩(wěn)定性也得以顯著提高，整個(gè)裝置的集成度也大幅提升。
文檔編號(hào)H03K19/14GK202231692SQ201120349179
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉兆, 白雪蓮, 耿振, 蔡明 申請(qǐng)人:北京京儀海福爾自動(dòng)化儀表有限公司