本實用新型涉及紡織控制技術(shù)領域，特別是涉及一種隔離型放大電路。

背景技術(shù)：

在紡織控制系統(tǒng)中，需要將一些現(xiàn)場張力傳感器信號采集到的信號傳送至微處理器中進行處理，而張力傳感器檢測到的信號通常為非常微弱的模擬電壓信號。為了實現(xiàn)檢測信號的線性轉(zhuǎn)換，必須對模擬電壓信號進行放大。傳統(tǒng)的放大電路很容易將現(xiàn)場噪聲信號引入控制系統(tǒng)中，造成非預期的EMI(Electro Magnetic Interference，電磁干擾)問題。并且，傳統(tǒng)放大電路通常采用運算放大器實現(xiàn)差分信號放大，但其放大效果較差，且零點和放大器增益均需人為調(diào)教，應用繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述放大電路存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種用于張力傳感器的檢測信號的隔離型放大電路，提高放大電路的電絕緣能力和抗干擾能力，提升放大效果。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種隔離型放大電路，包括檢測濾波電路、放大電路以及電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路；

所述檢測濾波電路、所述放大電路和所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路依次電連接，所述檢測濾波電路用于對張力信號進行檢測濾波，所述檢測濾波電路輸出的電壓信號經(jīng)所述放大電路放大后傳輸至所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路，所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路用于將所述電壓信號線性隔離轉(zhuǎn)換后傳送至微控制器。

在其中一個實施例中，所述檢測濾波電路包括張力傳感器，所述放大電路包括儀表放大器；

所述儀表放大器的正輸入端連接至所述張力傳感器的第四引腳，所述儀表放大器的負輸入端連接至所述張力傳感器的第三引腳，所述儀表放大器的輸出端連接至所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路的輸入端；

所述儀表放大器的兩個增益電阻端之間串接有增益控制電阻。

在其中一個實施例中，所述放大電路還包括去耦電容組，所述儀表放大器的正向電源端和所述儀表放大器的負向電源端均連接有所述去耦電容組；

每個所述去耦電容組均包括第一去耦電容和第二去耦電容，所述第一去耦電容和所述第二去耦電容并聯(lián)。

在其中一個實施例中，所述放大電路還包括輸入電容組，所述輸入電容組包括第一共模電容、第二共模電容和差模電容；

所述差模電容連接在所述儀表放大器的正輸入端和負輸入端之間，所述第一共模電容連接在儀表放大器的正輸入端和地之間，所述第二共模電容連接在所述儀表放大器的負輸入端和地之間。

在其中一個實施例中，所述檢測濾波電路還包括前置濾波電路，所述前置濾波電路包括第一電容、第一電感、第二電感和第一電阻；

所述第一電容連接在所述張力傳感器的第三引腳和第四引腳之間，所述第一電感的一端連接至所述張力傳感器的第四引腳，所述第一電感的另一端連接至所述第一電阻的第一端；

所述第二電感的一端連接至所述張力傳感器的第三引腳，所述第二電感的另一端連接至所述第一電阻的第二端；所述第一電阻的第一端連接至所述儀表放大器的正輸入端，所述第一電阻的第二端連接至所述儀表放大器的負輸入端。

在其中一個實施例中，所述檢測濾波電路還包括共模扼流圈，所述張力傳感器的第一引腳和第二引腳通過所述共模扼流圈連接至電源。

在其中一個實施例中，所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路包括第二電阻、第三電阻、第二電容、第一運算放大器、基準電壓電路、晶體三極管、二極管、線性光電耦合器、第二運算放大器、第四電阻、第五電阻以及第三電容；

所述第一運算放大器的負輸入端串聯(lián)所述第二電阻和所述第三電阻連接至所述放大電路的輸出端，所述第一運算放大器的正輸入端連接至基準電壓電路，且所述第一運算放大器的負輸入端和所述第一運算放大器的輸出端之間連接有所述第二電容，所述第一運算放大器的輸出端連接至所述晶體三極管的基極，所述晶體三極管的集電極接地，所述晶體三極管的發(fā)射極連接至所述線性光電耦合器的第一引腳；所述二極管的陰極連接至所述第一運算放大器的負輸入端，所述二極管的陽極接地；

所述線性光電耦合器的第二引腳連接至正向電源，所述線性光電耦合器的第三引腳連接至所述第一運算放大器的負輸入端，所述線性光電耦合器的第四引腳接地，所述線性光電耦合器的第六引腳連接至所述第二運算放大器的負輸入端，所述線性光電耦合器的第五引腳連接至所述第二運算放大器的正輸入端；

所述第二運算放大器正輸入端接地，所述第二運算放大器的負輸入端和所述第二運算放大器的輸出端之間設置有所述第四電阻和所述第五電阻，所述第四電阻和所述第五電阻串聯(lián)后與所述第三電容并聯(lián)設置，所述第二運算放大器的輸出端連接至所述微控制器。

在其中一個實施例中，所述基準電壓電路包括第六電阻、第七電阻和第八電阻；

所述第六電阻、所述第七電阻和所述第八電阻串聯(lián)設置在正向電源和負向電源之間，所述第六電阻和所述第七電阻的公共端連接至所述第一運算放大器的正輸入端，所述第七電阻和所述第八電阻的公共端接地。

在其中一個實施例中，所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路還包括限流電阻，所述限流電阻串聯(lián)設置在所述線性光電耦合器的第二引腳和正向電源之間。

在其中一個實施例中，所述電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路還包括后置濾波電路，所述后置濾波電路包括第九電阻和第四電容；

所述第九電阻連接至所述第二運算放大器的輸出端和所述微控制器的輸入端之間，所述第四電容的第一端連接在所述第九電阻和所述微控制器的輸入端的相應公共端，所述第四電容的第二端接地。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型的隔離型放大電路，通過放大電路對檢測濾波電路輸出的電壓信號進行放大，并通過電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路對上述放大后的電壓信號進行線性隔離轉(zhuǎn)換后傳送至微控制器，從而可以避免將噪聲等引入控制系統(tǒng)，避免了EMI問題的出現(xiàn)，提高了該放大電路的電絕緣能力和抗干擾能力，提升了放大電路的放大效果及精度。

附圖說明

圖1為本實用新型的隔離型放大電路一實施例的電路框圖；

圖2為圖1中放大電路一實施例的電路原理圖；

圖3為圖1中電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路一實施例的電路原理圖；

圖4為本實用新型的隔離型放大電路一實施例的仿真結(jié)果圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖，對本實用新型的隔離型放大電路作進一步詳細的說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型并不用于限定本實用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，本實用新型一實施例的隔離型放大電路200，可以用于紡織等技術(shù)領域，其具體可以包括檢測濾波電路100、放大電路200以及電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300，其中，檢測濾波電路100用于張力檢測，并對檢測到的張力信號進行濾波處理。檢測濾波電路100、放大電路200和電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300依次電連接，檢測濾波電路100輸出的電壓信號經(jīng)放大電路200放大后傳輸至電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300，電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300用于將上述放大后的電壓信號線性隔離轉(zhuǎn)換后傳送至微控制器。通過電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300對上述電壓信號的線性隔離轉(zhuǎn)換，從而可以避免將噪聲等引入控制系統(tǒng)，避免了EMI問題的出現(xiàn)，提高了該放大電路200的電絕緣能力和抗干擾能力，提升了放大電路200的放大效果及精度。

在一個實施例中，如圖2所示，檢測濾波電路100可以包括張力傳感器J1和與上述張力傳感器J1連接的共模扼流圈T1，張力傳感器J1用于張力信號的檢測，其輸出為電壓信號。本實施例中，張力傳感器J1具有四個引腳，其中，張力傳感器J1的第一引腳和第二引腳通過上述共模扼流圈T1連接至電源，具體地，張力傳感器J1的第一引腳連接至共模扼流圈T1的第三引腳，共模扼流圈T1的第三引腳與其第一引腳連通，且共模扼流圈T1的第一引腳連接至負向電源。張力傳感器J1的第二引腳連接至共模扼流圈T1的第四引腳，共模扼流圈T1的第二引腳與其第四引腳連通，且共模扼流圈T1的第二引腳連接至正向電源。一般地，張力傳感器J1串聯(lián)設置在電源線上，上述共模扼流圈T1可以抑制和防止張力傳感器通過電源線將共模干擾信號引入系統(tǒng)電源。張力傳感器的第三引腳和第四引腳作為信號輸出引腳，用于將其輸出的電壓信號傳送至放大電路200。

放大電路200包括儀表放大器U1，本實施例中，該放大電路200可以采用AD620儀表放大器U1，AD620儀表放大器U1具有高精度(最大非線性度40ppm)、低失調(diào)電壓(最大失調(diào)電壓為50μV)和低失調(diào)漂移(最大失調(diào)漂移0.6μV/℃)。上述儀表放大器U1具有八個引腳，包括兩個輸入端(正輸入端和負輸入端)、一個輸出端、兩個電源端(雙電源供電)和兩個增益電阻端(即儀表放大器U1的第一引腳和第八引腳)。在其他實施例中，該放大電路200還可以其他能夠?qū)崿F(xiàn)同等功能的放大器實現(xiàn)。

具體地，儀表放大器U1的正輸入端連接至張力傳感器J1的第四引腳，儀表放大器U1的負輸入端連接至張力傳感器J1的第三引腳，這樣，張力傳感器J1輸出的電壓信號通過上述兩個輸入端實現(xiàn)差分放大，這樣可以去掉電壓信號對地的共模干擾。儀表放大器U1的輸出端連接至電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300的輸入端，將放大后的電壓信號傳送至電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300。儀表放大器U1的電源端分別連接至正向電源和負向電源，實現(xiàn)雙電源供電。儀表放大器U1的兩個增益電阻端之間串接有增益控制電阻，增益控制電阻可以調(diào)節(jié)該儀表放大器U1的放大倍數(shù)，放大倍數(shù)的調(diào)整范圍為1～10000。

本實施例中，增益控制電阻可以包括第一增益電阻RG1和第二增益電阻RG2，第一增益電阻RG1和第二增益電阻RG2并聯(lián)設置。進一步地，儀表放大器U1的放大倍數(shù)公式如下：

其中，G表示該儀表放大器的放大倍數(shù)，RG為增益控制電阻，即RG為第一增益電阻RG1和第二增益電阻RG2的并聯(lián)阻值。

具體地，第一增益電阻RG1的阻值680Ω，第二增益電阻的阻值為100kΩ，此時，將該儀表放大器U1的放大倍數(shù)設置為75。在其他實施例中，還可以通過第一增益電阻RG1和第二增益電阻RG2的阻值調(diào)節(jié)該儀表放大器U1的放大倍數(shù)。當然，在其他實施例中，增益控制電阻可以采用單一的電阻實現(xiàn)。

在一個實施例中，放大電路200還包括去耦電容組，儀表放大器U1的正向電源端(即儀表放大器的第七引腳)和儀表放大器U1的負向電源端(即儀表放大器的第四引腳)均連接有去耦電容組；每個去耦電容組均包括第一去耦電容C5和第二去耦電容C6；第一去耦電容C5和第二去耦電容C6并聯(lián)。通過設置上述去耦電容組可以降低源阻抗、降低電源噪聲，增加上述儀表放大器U1的穩(wěn)定性。

進一步地，放大電路200還包括輸入電容組，輸入電容組包括第一共模電容C3、第二共模電容C4和差模電容C2。差模電容C2連接在儀表放大器U1的正輸入端和負輸入端之間，第一共模電容C3連接在儀表放大器U1的正輸入端和地之間，第二共模電容C4連接在儀表放大器U1的負輸入端和地之間。其中，第一共模電容C3、第二共模電容C4和差模電容C2的容值均可以為0.1μF。通過設置上述輸入電容組，可以進一步保證儀表放大器U1的穩(wěn)定性。

在一個實施例中，檢測濾波電路100還包括前置濾波電路，前置濾波電路連接在張力傳感器J1和儀表放大器U1之間。前置濾波電路包括第一電容C1、第一電感LH1、第二電感LH2和第一電阻R1。第一電容C1連接在張力傳感器J1的第三引腳和第四引腳之間，張力傳感器J1的第三引腳和第四引腳將張力傳感器J1的輸出的電壓信號傳送至上述前置濾波電路。第一電感LH1的一端連接至張力傳感器J1的第四引腳，第一電感LH1的另一端連接至第一電阻R1的第一端；第二電感LH2的一端連接至張力傳感器J1的第三引腳，第二電感LH2的另一端連接至第一電阻R1的第二端。第一電阻R1的第一端連接至儀表放大器U1的正輸入端，第一電阻R1的第二端連接至儀表放大器U1的負輸入端，即第一電阻R1與上述電容組的差模電容C2并聯(lián)設置，第一電阻R1的阻值可以為100kΩ，這樣將濾波后的電壓信號傳送至儀表放大器進行放大。本實施例中，第一電容C1、第一電感LH1、第二電感LH2和差模電容C2形成一個π型濾波器，該濾波器可以濾除或衰減張力傳感器輸出的電壓信號的高頻干擾。

在一個實施例中，如圖3所示，電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300包括第二電阻R2、第三電阻R3、第二電容C7、第一運算放大器U2、基準電壓電路、晶體三極管Q1、二極管D1、線性光電耦合器U3、第二運算放大器U4、第四電阻R4、第五電阻R5以及第三電容C8。本實施例中，第一運算放大器U2和第二運算放大器U4可以采用LM258。線性光耦合器可以采用HCR200或HCR201，線性光耦合器可以包括8個引腳，其中，第一引腳和第二引腳作為隔離信號的輸入引腳，第三引腳和第四引腳用于反饋，第五引腳和第六引腳用于信號輸出，第七引腳和第八引腳閑置，該線性光耦合器的線性度約為0.1％。

具體地，第一運算放大器U2的負輸入端串聯(lián)第二電阻R2和第三電阻R3連接至放大電路200的輸出端，第一運算放大器U2的正輸入端連接至基準電壓電路，基準電壓電路用于為第一運算放大器U2的正輸入端提供差分放大的參考電壓。該二極管D1的陽極接地，該二極管D1的陰極連接至第一運算放大器U2的負輸入端。由于該張力傳感器僅僅會產(chǎn)生正張力，即該張力傳感器僅輸出正電壓信號，因此通過該二極管D1防止和濾除因意外情況而產(chǎn)生的負張力(即負電壓信號)。

第一運算放大器U2的負輸入端和第一運算放大器U2的輸出端之間連接有第二電容C7，第一運算放大器U2的輸出端連接至晶體三極管Q1的基極，晶體三極管Q1的集電極接地，晶體三極管Q1的發(fā)射極連接至線性光電耦合器U3的第一引腳，線性光電耦合器U3的第二引腳連接至正向電源，進一步地，線性光電耦合器U3的第二引腳串聯(lián)限流電阻Rs連接至正向電源，該限流電阻Rs用于使線性光電耦合器U3的第一引腳和第二引腳之間的電流保持在25毫安以下，避免電流過大導致該線性光電耦合器U3的損壞。本實施例中，通過第一運算放大器U2與第二電容C7形成的積分電路來控制晶體三極管Q1的導通電阻的大小，通過晶體三極管Q1的導通電阻大小來調(diào)整線性光電耦合器U3的第一引腳和第二引腳的發(fā)射電流。

線性光電耦合器U3的第三引腳連接至第一運算放大器U2的負輸入端，線性光電耦合器U3的第四引腳接地，這樣，該線性光電耦合器U3的第三引腳和第四引腳接收的電流信號閉環(huán)反饋至第一運算放大器U2的輸入端，以恒定線性光電耦合器U3的第一引腳和第二引腳的發(fā)射電流。線性光電耦合器U3的第六引腳連接至第二運算放大器U4的負輸入端，線性光電耦合器U3的第五引腳連接至第二運算放大器U4的正輸入端。

第二運算放大器U4正輸入端接地，第二運算放大器U4的負輸入端和第二運算放大器U4的輸出端之間設置有第四電阻R4和第五電阻R5，第四電阻R4和第五電阻R5串聯(lián)后與第三電容C8并聯(lián)設置，第二運算放大器U4的輸出端連接至微控制器。其中，第三電容C8可以與第四電阻R4、第五電阻R5形成一個低通濾波器，以濾除高頻干擾信號。本實施例中，第五電阻R5采用滑動電位器，通過調(diào)節(jié)第五電阻R5的阻值，可以補償由于該線性光電耦合器U3的增益(即比例常數(shù)K，詳見下文)帶來的精度誤差。

下面具體說明該電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300的工作原理：

首先，在輸入端，假設第一運算放大器U2為理想的運算放大器，即沒有電流流入第一運算放大器U2的第二引腳(虛斷)。這樣，所有的電流將通過第二電阻R2和第三電阻R3流入該線性光電耦合器U3的第三引腳和第四引腳，這樣，第三引腳和第四引腳之間的電壓可以表示如下：

IPD1＝Vin/(R2+R3)； (1)

其中，IPD1表示該線性光電耦合器U3的第三引腳和第四引腳之間的電流，Vin表示放大電路200輸出的電壓信號的電壓。

從上述公式(1)可以看出，IPD1與輸入電壓Vin呈正比，線性光電耦合器U3的第三引腳和第四引腳之間的電流IPD1只取決于輸入電壓以及第二電阻R2和第三電阻R3的串聯(lián)阻值，其值獨立于線性光電耦合器U3的第一引腳和第二引腳之間的發(fā)光管。若該線性光電耦合器U3中的第一引腳和第二引腳之間的發(fā)光管的光隨溫度變化，那么第一運算放大器U2可以補償調(diào)整并維持一個恒定的電流IPD1，通過穩(wěn)定和線性化的IPD1，第一引腳和第二引腳之間的發(fā)光管的輸出也變得穩(wěn)定和線性化。

其次，由于線性光電耦合器U3的第一引腳和第二引腳之間的發(fā)光管的光落在第三引腳和第四引腳之間的第一光敏二極管D1上，以及第五引腳和第六引腳之間的第二光敏二極管D1上，因此，第五引腳和第六引腳之間的電流IPD2也會穩(wěn)定下來。根據(jù)該線性光電耦合器U3的物理封裝結(jié)構(gòu)決定了，大量的光將落在第一光敏二極管D1和第二光敏二極管D1上，從而IPD1和IPD2可以建立比例關(guān)系。而這個比例關(guān)系在時間和溫度上是非常穩(wěn)定的，這個比例關(guān)系可以表示為：

K＝IPD2/IPD1； (2)

其中，K為比例常數(shù)，上述比例常數(shù)K可以認為是該線性光電耦合器U3的增益，其取值范圍一般為0.95～1.05。

最后，在輸出端，第二運算放大器U4、第四電阻R4和第五電阻R5形成一個跨阻型放大器，用于將線性光電耦合器U3的第五引腳和第六引腳之間的電流IPD2轉(zhuǎn)換為一個輸出電壓，該輸出電壓可表示如下：

Vout＝IPD2×(R4+R5)； (3)

結(jié)合上述公式(1)～(3)可獲得該電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系：

Vout/Vin＝K×(R4+R5)/(R2+R3) (4)。

這樣，在電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間建立了一個恒定的、線性的關(guān)系，并且上述輸入-輸出關(guān)系獨立于線性光電耦合器U3中發(fā)光管的輸出。本實施例中，可以通過調(diào)整第二電阻R2至第五電阻R5的阻值實現(xiàn)上述輸入-輸出比值的調(diào)整。

在一個實施例中，基準電壓電路包括第六電阻R6、第七電阻R7和第八電阻R8；第六電阻R6、第七電阻R7和第八電阻R8串聯(lián)設置在正向電源和負向電源之間，第六電阻R6和第七電阻R7的公共端連接至第一運算放大器U2的正輸入端，第七電阻R7和第八電阻R8的公共端接地。

在一個實施例中，電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路300還包括后置濾波電路，后置濾波電路包括第九電阻R9和第四電容C9，第九電阻R9連接至第二運算放大器U4的輸出端和微控制器的輸入端之間，第四電容C9的第一端連接在第九電阻R9和微控制器的輸入端的相應公共端，第四電容C9的第二端接地。本實施例中，第九電阻R9和第四電容C9形成低通濾波器，用于濾除輸出電路中的高頻干擾信號，之后，再將電壓信號傳送至微控制器中。

圖4為上述的隔離型放大電路的仿真結(jié)果圖，其中，曲線001表示該隔離型放大電路的輸入電壓(Vin)，曲線002表示該隔離型放大電路的輸出電壓(即微控制器的輸入電壓V(ADC))。從圖中可以看出，曲線001和曲線002基本重合，因此該隔離型放大電路傳遞函數(shù)可以為一條直線。通過對實際產(chǎn)品的抽樣測量，上述隔離型放大電路的精度可以控制在1％以內(nèi)，完全可以滿足紡織方面張力傳感器的測量要求。

本實用新型的隔離型放大電路，通過放大電路對檢測濾波電路輸出的電壓信號進行放大，并通過電壓型隔離轉(zhuǎn)換電路對上述放大后的電壓信號進行線性隔離轉(zhuǎn)換后傳送至微控制器，從而可以避免將噪聲等引入控制系統(tǒng)，避免了EMI問題的出現(xiàn)，提高了該放大電路的電絕緣能力和抗干擾能力，提升了放大電路的放大效果及精度。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。