专利名称：一种全隔离的频率信号采集与转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全隔离的频率信号采集与转换装置，属于智能检测技术领 域，尤其是适用于汽车转动部件转速和相位的检测以及风力发电中风速与风向信号的检测 技术领域。
背景技术：
目前很多工业场合需要对频率信号进行检测，比如测量汽车上各转动部件的转速 和相位时，通过传感器输出的频率信号；再如风力发电应用中，测量风速和风向的传感器的 输出大部分都是频率信号。然而在对信号的后期处理设备中，很多处理设备需要得到的为 电压信号或者电流信号，还有一些处理设备需要多路数字量输出信号，例如汽车传动系中 曲轴相位检测或者风力发电应用中风向的标识中，将360度方向分为16等份，用4路数字 信号的组合来划分表示。当前市场上存在的频率信号采集装置，其存在的问题在于1)输出信号形式单一，为电压信号或者电流信号，不能灵活的满足不同应用场合
需要；2)输入的频率信号和输出信号之间没有有效、可靠的隔离措施，这样对转换后输 出信号的处理需要额外增加隔离电路；3)多采用纯模拟电路搭建信号转换电路，信号分辨率低，可控能力差；4)没有多路数字量输出信号，不能满足一些外接设备中含有多路数字量接口的现 场应用需要，例如用于汽车传动系中曲轴相位检测以及风力发电中对风向识别的过程中。

实用新型内容本实用新型的目的是为了解决上述问题，提出一种全隔离的频率信号采集与转换装置。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。本实用新型的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，包括控制器、数模转换芯 片、运算放大电路、电压/电流转换芯片、驱动电路、普通隔离光耦、高速隔离光耦、第一隔 离电源1和第二隔离电源2 ；其信号流向为 外部输入的频率信号经过高速隔离光耦进入控制器的信号捕获接口，控制器对频 率信号进行计算后将信号分为两路输出1.其中一路通过控制器自带的地址/数据总线和控制信号送入数字/模拟转换芯 片，数字/模拟转换芯片将该信号转换为电压模拟量输出给运算放大电路，经过运算放大 电路后的电压信号分为两路一路直接对外输出，另一路进入电压/电流转换芯片后转换 为电流信号，电流信号经过驱动电路后直接对外输出；2.另外一路通过控制器自带的数字量输出端口输出给普通隔离光耦，普通隔离光 耦输出的数字量信号直接对外输出；[0014]外部输入的供电电源信号作为第一隔离电源1和第二隔离电源2的输入电源信 号，另外作为高速隔离光耦输入端和普通隔离光耦输出端的供电电源；第一隔离电源1输出的电源信号提供给控制器、数字/模拟转换芯片数字部分、高 速隔离光耦输出端和普通隔离光耦输入端；第二隔离电源2输出的电源信号提供给数字/模拟转换芯片模拟部分、电压/电 流转换芯片、运算放大电路和驱动电路；上述的控制器包含至少一路信号捕获接口 ；上述高速隔离光耦的数量与控制器所包含的信号捕获接口数量相同；上述高速隔离光耦的频率范围涵盖IHz IMHz ；上述的数字/模拟转换芯片负责将控制器输出的数字信号转换为电压模拟信号， 其可处理信号的数量与控制器所包含的信号捕获端口数量相同；上述运算放大电路的数量与控制器所包含的信号捕获接口数量相同；上述电压/电流转换芯片的数量与控制器所包含的信号捕获接口数量相同；上述驱动电路的数量与控制器所包含的信号捕获接口数量相同；上述普通隔离光耦的数量为1 32个，分为N组，每组对应一路频率信号，N与控 制器所包含的信号捕获接口数量相同；上述第一隔离电源1输出电压与控制器的供电电压、数字/模拟转换芯片数字部 分供电电压、高速隔离光耦输出端供电电压、普通隔离光耦输入端供电电压相同；上述外部输出的供电电源电压与高速隔离光耦输入端供电电压、普通隔离光耦输 出端的供电电压相同；上述第二隔离电源2输出电压与给数字/模拟转换芯片模拟部分供电电压、运算 放大电路供电电压、驱动电路供电电压相同。有益效果本实用新型对输入频率信号兼容性好，可接受较宽频率范围和电压范围的输入信 号；高速隔离光耦、普通隔离光耦和数字/模拟转换芯片起到了有效、可靠的隔离作用，不 仅保证整套装置的输入和输出信号完全电气隔离，同时保证控制器核心部分与外界的完全 电气隔离；可以以电压、电流和数字量三种形式输出信号，可以满足不同场合应用；所采用 的数字转换方式控制灵活，易调整，精度高。

图1为采用实施例1方式的本实用新型的主体部分结构示意图；图2为采用实施例1方式的本实用新型的电源部分结构示意图；图3为采用实施例2方式的本实用新型的主体部分结构示意图；图4为采用实施例2方式的本实用新型的电源部分结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。实施例1一种全隔离的频率信号采集与转换装置，如图1和图2所示，包括控制器、数模转换芯片、运算放大电路1、运算放大电路2、电压/电流转换芯片1、电压/电流转换芯片2、 驱动电路1、驱动电路2、普通隔离光耦1、普通隔离光耦2、普通隔离光耦3、普通隔离光耦 4、普通隔离光耦5、普通隔离光耦6、普通隔离光耦7、普通隔离光耦8、高速隔离光耦1、高速 隔离光耦2、第一第一隔离电源1和第二隔离电源2 ；其信号流向为外部输入的频率信号1和频率信号2分别经过高速隔离光耦1和高速隔离光耦2 进入控制器的信号捕获接口 1和信号捕获接口 2 ；控制器对频率信号1和频率信号2进行计算后将信号通过控制器自带的地址/数 据总线和控制信号送入数字/模拟转换芯片，数字/模拟转换芯片将该信号转换为电压模 拟量分别输出给运算放大电路1和运算放大电路2 ；运算放大电路1输出的电压信号分为两路一路直接对外输出为电压信号1，另一 路进入电压/电流转换芯片1后转换为电流信号，该电流信号经过驱动电路1后直接对外 输出为电流信号1，电压信号1和电流信号1的幅值与频率信号1的频率成对应关系；运算放大电路2输出的电压信号分为两路一路直接对外输出为电压信号2，另一 路进入电压/电流转换芯片2后转换为电流信号，该电流信号经过驱动电路2后直接对外 输出为电流信号2，电压信号2和电流信号2的幅值与频率信号2的频率成对应关系；控制器对频率信号1和频率信号2进行计算后将信号通过控制器自带的数字量输 出端口输出给普通隔离光耦1 8，普通隔离光耦1 8输出的数字信号1 8直接对外输 出，其中数字信号1 4所标示的组合与频率信号1的频率范围相对应，数字信号5 8所 标示的组合与频率信号2的频率范围相对应；外部输入的供电电源信号作为第一隔离电源1和第二隔离电源2的输入电源信 号，另外作为高速隔离光耦1输入端、高速隔离光耦2输入端和普通隔离光耦1 8输出端 的供电电源；第一隔离电源1输出的电源信号提供给控制器、数字/模拟转换芯片1数字部分、 数字/模拟转换芯片2数字部分、高速隔离光耦1输出端、高速隔离光耦2输出端和普通隔 离光耦1 8输入端；第二隔离电源2输出的电源信号提供给数字/模拟转换芯片1模拟部分、数字/ 模拟转换芯片2模拟部分、运算放大电路1、运算放大电路2、驱动电路1和驱动电路2 ；上述的控制器为单片机，信号为SST89E564RD ；上述高速隔离光耦1和高速隔离光耦2均为6N137 ；上述的数字/模拟转换芯片为AD75^，包含两路模拟量输出接口 ；上述电压/电流转换芯片1和电压/电流转换芯片2均为XTR115 ；上述普通隔离光耦1 8均为TLP127 ；上述数字信号1 4所标示的组合与频率信号1的频率范围相对应关系为假设 当前输入的频率信号1频率范围为IHz 2KHz，则数字信号1 4所标示的组合为0000代 表频率信号1当前的频率在1 125Hz(包含1不包含125)范围之内，为0001则代表频率 信号1当前的频率在125 250Hz (包含125不包含250)范围之内，为0010则代表频率信 号1当前的频率在250 375Hz (包含250不包含37 范围之内依次类推，为1110则代表 频率信号1当前的频率在1.7 1.875KHZ (包含1. 7不包含1.875)范围之内，为1111则 代表频率信号1当前的频率在1.875 2KHz (包含1. 875不包含2)范围之内；[0051]上述数字信号5 8所标示的组合与频率信号2的频率范围相对应关系参照数字 信号1 4所标示的组合与频率信号1的频率范围相对应关系；上述外部输入的供电电源信号的电压为MV ；上述第一隔离电源1的输入电压为24V，输出电压为5V ；上述第二隔离电源2的输入电压为24V，输出电压为士 15V;上述频率信号1和频率信号2的高电平均为24V ；上述数字/模拟转换芯片模拟部分供电电压、运算放大电路供电电压、驱动电路 供电电压均为士 15V。实施例2一种全隔离的频率信号采集与转换装置，如图3和图4所示，包括控制器、数模转 换芯片、运算放大电路、电压/电流转换芯片、驱动电路1、普通隔离光耦1、普通隔离光耦2、 普通隔离光耦3、普通隔离光耦4、普通隔离光耦5、普通隔离光耦6、普通隔离光耦7、普通隔 离光耦8、高速隔离光耦、第一隔离电源1和第二隔离电源2 ；其信号流向为外部输入的频率信号经过高速隔离光耦进入控制器的信号捕获接口 ；控制器对频率信号进行计算后将信号通过控制器自带的地址/数据总线和控制 信号送入数字/模拟转换芯片，数字/模拟转换芯片将该信号转换为电压模拟量分别输出 给运算放大电路；运算放大电路输出的电压信号分为两路一路直接对外输出为电压信号，另一路 进入电压/电流转换芯片后转换为电流信号，该电流信号经过驱动电路后直接对外输出为 电流信号，该电压信号和电流信号的幅值与频率信号的频率成对应关系；控制器对频率信号进行计算后将信号通过控制器自带的数字量输出端口输出给 普通隔离光耦1 8，普通隔离光耦1 8输出的数字信号1 8直接对外输出，数字信号 1 8所标示的组合与频率信号的频率范围相对应；外部输入的供电电源信号作为第一隔离电源1和第二隔离电源2的输入电源信 号，另外作为高速隔离光耦输入端和普通隔离光耦1 8输出端的供电电源；第一隔离电源1输出的电源信号提供给控制器、数字/模拟转换芯片数字部分、高 速隔离光耦输出端和普通隔离光耦1 8输入端；第二隔离电源2输出的电源信号提供给数字/模拟转换芯片模拟部分、运算放大 电路和驱动电路；上述的控制器为单片机，信号为SST89E564RD ；上述高速隔离光耦为6N137 ；上述的数字/模拟转换芯片为AD75^ ；上述电压/电流转换芯片为XTR115 ；上述普通隔离光耦1 8均为TLP127 ；上述数字信号1 8所标示的组合与频率信号的频率范围相对应关系为假设当 前输入的频率信号频率范围为IHz U8KHz，则数字信号1 8所标示的组合为00000000 代表频率信号当前的频率在1 500Hz (包含1不包含500)范围之内，为00000001则代表 频率信号当前的频率在500 1000Hz (包含500不包含1000)范围之内，为0000010则代表 频率信号当前的频率在1 1. 5KHz (包含1不包含1. 5)范围之内，依次类推，为11111110则代表频率信号当前的频率在127 127. 5KHz(包含127不包含127.5)范围之内，为 11111111则代表频率信号当前的频率在127. 5 128KHz (包含127. 5不包含128)范围之 内；上述外部输入的供电电源信号的电压为12V ；上述第一隔离电源1的输入电压为12V，输出电压为5V ；上述第二隔离电源2的输入电压为12V，输出电压为士 15V;上述频率信号的高电平均为12V ；上述数字/模拟转换芯片模拟部分供电电压、运算放大电路供电电压、驱动电路 供电电压均为±15V。
权利要求1.一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于包括控制器、数模转换芯片、 运算放大电路、电压/电流转换芯片、驱动电路、普通隔离光耦、高速隔离光耦、第一隔离电 源和第二隔离电源；其信号流向为外部输入的频率信号经过高速隔离光耦进入控制器的信号捕获接口，控制器对频率信 号进行计算后将信号分为两路输出其中一路通过控制器自带的地址/数据总线和控制信号送入数字/模拟转换芯片，数 字/模拟转换芯片将该信号转换为电压模拟量输出给运算放大电路，经过运算放大电路后 的电压信号分为两路一路直接对外输出，另一路进入电压/电流转换芯片后转换为电流 信号，电流信号经过驱动电路后直接对外输出；另外一路通过控制器自带的数字量输出端口输出给普通隔离光耦，普通隔离光耦输出 的数字量信号直接对外输出；外部输入的供电电源信号作为第一隔离电源和第二隔离电源的输入电源信号，另外作 为高速隔离光耦输入端和普通隔离光耦输出端的供电电源；第一隔离电源输出的电源信号提供给控制器、数字/模拟转换芯片数字部分、高速隔 离光耦输出端和普通隔离光耦输入端；第二隔离电源输出的电源信号提供给数字/模拟转换芯片模拟部分、电压/电流转换 芯片、运算放大电路和驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于控制 器包含至少一路信号捕获接口。
3.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于高速 隔离光耦的数量与控制器所包含的信号捕获接口数量相同。
4.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于高速 隔离光耦的频率范围涵盖IHz IMHz。
5.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于数字/ 模拟转换芯片可处理信号的数量、运算放大电路的数量、电压/电流转换芯片的数量、驱动 电路的数量均与控制器所包含的信号捕获端口数量相同。
6.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于普通 隔离光耦分为N组，每组对应一路频率信号，N与控制器所包含的信号捕获接口数量相同。
7.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于第一 隔离电源输出电压与控制器的供电电压、数字/模拟转换芯片数字部分供电电压、高速隔 离光耦输出端供电电压、普通隔离光耦输入端供电电压相同。
8.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于外部 输出的供电电源电压与高速隔离光耦输入端供电电压、普通隔离光耦输出端的供电电压相 同。
9.根据权利要求1所述的一种全隔离的频率信号采集与转换装置，其特征在于第二 隔离电源输出电压与给数字/模拟转换芯片模拟部分供电电压、运算放大电路供电电压、 驱动电路供电电压相同。
专利摘要本实用新型涉及一种全隔离的频率信号采集与转换装置，属于智能检测技术领域，尤其是适用于汽车转动部件转速和相位的检测以及风力发电中风速与风向信号的检测技术领域。包括控制器、数模转换芯片、运算放大电路、电压/电流转换芯片、驱动电路、普通隔离光耦、高速隔离光耦、第一隔离电源和第二隔离电源。本实用新型对输入频率信号兼容性好，具有有效、可靠的隔离，可以以多种形式输出信号，满足不同应用场合需要。
文档编号G01D5/00GK201844841SQ201020596069
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者刘彪, 赵京磊 申请人:赵京磊