信号隔离器特点和应用

信号隔离器的概述：

1， 信号隔离器是一种采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出。输入，输出和工作电源三者相互隔离，特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器又名信号隔离器，是工业控制系统中重要组成部分。

2， 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。

解决“接地环路”的方法。

第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

第二种方案：使两接地点的相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法做到。

第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而解决接地环路问题。

综上所述第三种方案是最为简单也最为容易实现的，成本也是比较低的。

抗干扰：

供电系统的抗干扰设计　对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。

（1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响。常用办法主要有三种：①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性；②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。

（2）利用软件方法抑制尖峰干扰。对于周期性干扰，可以采用编程进行时间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样，从而有效地消除干扰。

（3）采用硬、软件结合的看门狗（watchdog）技术抑制尖峰脉冲的影响。软件：在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。

（4）实行电源分组供电，例如：将执行电机的驱动电源与控制电源分开，以防止设备间的干扰。

（5）采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。

（6）采用隔离变压器。考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合，而是靠初、次级寄生电容耦合的，因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以提高抵抗共模干扰能力。

（7）采用高抗干扰性能的电源，如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效，它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值（电压峰值小于TTL电平）的电压，但干扰脉冲的能量不变，从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。

*性：

在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以使用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点：

● 绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。

● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加*。

● 信号隔离器应用灵活，而且它还有型号转换和 信号分配功能，使用起来更加方便。

● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式，通道间相互独立，构成系统的配置、日常维护更加方便。

智能隔离器的说明：

GCD型智能隔离器是将输入单路或双路的电流或电压信号，变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号，并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。

供电方式：

隔离器常见的供电方式有独立供电、回路供电和输出回路供电。

独立供电的隔离器：

需要配备独立AC/DC 20~35VDC或者AC/DC85-265V的电源。这种方式的优点是隔离传输精度高；电源、输入、输出之间隔离，多路系统供电电源不需隔离，可保证高抗干扰性能，输入信号可以变换为其它类型的型号。

回路供电的隔离器：

在实际工业监控系统中，DCS、PLC或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此，输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的*性能，又满足输出回路供电接口的要求。

精度

隔离器的精度是非常重要的参数，精度的高低直接关系到隔离器能否正常使用。隔离器的精度体现了隔离器的设计、制造水平。用户在选用时应该选用精度高的产品。

输出纹波

对隔离器精度产生影响的参数还有输出纹波。输出纹波的产生是由于隔离器使用DC/DC电路对隔离器的工作电源进行隔离给隔离器内部电路供电，输入信号也要先使用DC/DC电路调制成交流信号然后经过隔离部分电路进行信号隔离，隔离后的信号经解调后再转换成直流信号输出。以CPU为核心的隔离器也存在脉冲信号。隔离器内部存在的这种高频的交流分量，就是产生输出纹波的原因。这些高频的交流分量它们的频率一般都有几百KHZ、谐波较多，对信号的污染很难清除。如果输出纹波较高，控制系统模拟量输入模板采集到信号的误差就大，对于高速输入的模拟量输入模板更是如此。所以选择隔离器时应要求输出纹波的峰-峰值越小越好。江苏科业达的各种系列隔离器均采用高效的滤波电路，较好的抑制了输出纹波。用户在选用时应该选用纹波小的产品

温度漂移

温度漂移是由于隔离器工作时产生热量，导致隔离器内所使用的电子元件性能指标下降造成隔离器的输出值发生变化。选择隔离器时应要求温度漂移的值越小越好。为了防止温度漂移，江苏科业达隔离器产品进行了低功耗、微功耗设计，使得隔离器工作时本身的发热量很小甚至于不发热，这样就能防止因产品工作时发热引起所使用元器件的性能指标下降，防止造成温度漂移。用户在选用时应该选用温度漂移小的产品。

响应时间

响应时间是指产品的输入量发生变化到产品的输出量正确的将变化量反映的输出上的时间。响应时间越短，就能够越真实的正确反映出输入量的变化，有效的监视和控制生产过程。在选择隔离器时响应时间要求越短越好。用户在选用时应该选用响应时间小的产品。