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實行電源分組供電,例如:將執(zhí)行電機的驅(qū)動電源與控制電源分開,以防止設(shè)備間的干擾。
(5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動器對其它設(shè)備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。
(6)采用隔離變壓器。考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。
(7)采用高抗干擾性能的電源,如利用頻譜均衡法設(shè)計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
低功耗
產(chǎn)品的功耗是各個功能單元功耗的總和,只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術(shù)改進。
1、 輸出單元模塊的自適應(yīng)負載技術(shù)
輸出模塊可以根據(jù)負載的大小動態(tài)調(diào)整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負載設(shè)計是根據(jù)額定負載的大小設(shè)計輸出功率,當(dāng)輸出負載非常小時,多余的負載功率就耗散在儀表內(nèi)部,從而時儀表自身發(fā)熱。假設(shè)一臺隔離器的輸出負載設(shè)計為750歐姆,那么輸出驅(qū)動功率一般設(shè)計為0.5W。如果在實際應(yīng)用中此隔離器的負載使用在50歐姆的環(huán)境下,那么就有 0.5W-0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的發(fā)熱。如果時多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場的復(fù)雜狀況。
2、隔離單元模塊的低功耗改進
隔離單元是決定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的重要單元。
隔離技術(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調(diào)制耦合,反饋調(diào)制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)而定。總的來講可以大致分為開關(guān)量號采用光隔離,模擬量號采用磁隔離的方式。從技術(shù)復(fù)雜程度來看,磁隔離比光隔離處理技術(shù)復(fù)雜,采用磁隔離技術(shù),設(shè)計者可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)計方案,隔離的線性、精度可以根據(jù)產(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術(shù)指標(biāo),設(shè)計人員可以調(diào)整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技術(shù)指標(biāo)。由于功耗大,光電隔離也不能實現(xiàn)無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等,電流互感功率補償模式是相對來說功耗低的模式。
3、電源模塊
電源的技術(shù)指標(biāo)是基礎(chǔ),決定產(chǎn)品的性能。流行的電源拓撲形式雖然非常多,也很成熟。
優(yōu)越性
在各個過程環(huán)路中使用號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離的變送器(部分設(shè)備可以做到),也可以使用號隔離器來實現(xiàn)。比較起來,用號隔離器有以下優(yōu)點:
● 絕大部分情況,采用號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。
● 號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越。
● 號隔離器應(yīng)用靈活,而且它還有型號轉(zhuǎn)換和 號分配功能,使用起來更加方便。
● 號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨立,構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護更加方便。
3 討論
3·1 基于探測器的相對測溫靈敏度的考慮
待測溫度每變化1 K時,號電平的變化量(本文即P1或P2的變化量)稱為系統(tǒng)的溫度靈敏度S[8,9]。即
不失一般性,同時也為簡單起見,以反射鏡不起作用時的情況(P1)為例進行討論。此時探測器輸出的電號的強度V(T)可寫成[8,9]
由式(12)作出的Sr~λT曲線如圖3所示。由圖3可以導(dǎo)出,在λT=2 898μm·K附近,系統(tǒng)正好工作在Sr~λT曲線的峰值區(qū)域。這就是說,對PIN硅光電二極管而言,只要待測溫度不高于T≈2 898/1·1=2 634 K,探測器的輸出號就處于靈敏區(qū)域。亦即,只要被測溫度有小的變動,就能引起Sr較大的變化。顯見,采用PIN硅光電二極管作光接收器件,肯定能滿足測溫范圍的高溫段對測溫靈敏度的要求。
3·2 基于探測器的溫度分辨率的考慮
據(jù)式(1),在極窄的波段內(nèi),當(dāng)待測溫度改變ΔT時,容易導(dǎo)出系統(tǒng)接收到的輻射能的變化時,才能引起探測器的響應(yīng)。式中,VS/VN為噪比,在推算系統(tǒng)的溫度分辨率時,取VS/VN=1;Δf為后續(xù)的選頻放大器的帶寬。將式(6)、式(13)、式(14)及式(15)代入式(16)中,并考慮極限情況,可以導(dǎo)出
上式中的ΔT即為探頭的溫度分辨率。
下面進行定量分析。對于實際的測量環(huán)境,取大氣的衰減系數(shù)τ0=0·85,光學(xué)系統(tǒng)對光的總透過率τλ=0·50,調(diào)制盤的調(diào)制系數(shù)η=0·80、PIN光電二極管的探測率D*=5·0×1012cm·Hz1/2·W-1、靈敏元面積A=5 mm×5 mm[10],選頻放大器的帶寬Δf=10Hz,光學(xué)系統(tǒng)的焦距f′=15 cm,通光口徑D=10 cm。為分析上的方便,同時也不失一般性,取ελ=0·50、Δλ=20 nm代入計算。在不同的待測溫度下,由式(17)作出的探測器的溫度分辨率隨波長的變化曲線,如圖4所示。
由圖4顯見:(1)探測器的溫度分辨率隨系統(tǒng)工作波長的增加而變高。例如,對于T=773 K而言,λ=0·60μm時,系統(tǒng)的溫度分辨力ΔT=1·662 K,顯然不符合要求。但當(dāng)λ=0·80μm時,ΔT=0·004 K,顯然符合要求;(2)當(dāng)待測溫度足夠高時,例如待測溫度T=923 K,λ≥0·70μm的波長都能滿足要求。
3·3 基于抑制光路中選擇性吸收氣體吸收影響的考慮
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