儀器儀表與傳感器信號帶寬及頻響的現(xiàn)場匹配技術

概述：工業(yè)現(xiàn)場傳感器與PLC/FCS/DCS、儀器儀表之間輸入輸出的模擬信號隔離放大器（亦稱模擬量隔離變送器）屬于模擬信號調理的范疇。模擬信號隔離放大器能有效保護各級控制回路，消除或減弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響，抑制公共接地、變頻器、電磁閥及浪涌脈沖對設備的干擾，同時對下級設備具有信號限壓、扼流的功能。是變送器、儀器儀表、變頻器、電磁閥、PLC/DCS輸入輸出及其通訊接口的可靠防護器件。對于有些環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，控制系統(tǒng)錯綜復雜，高溫、震動、潮濕和干擾信號并存，所以通過隔離放大器將輸入輸出模擬信號進行放大、轉換、遠傳且各系統(tǒng)回路完全隔離，的確是當今自動化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。

所謂帶寬（bandwidth）又叫頻寬，是指在固定的的時間可傳輸的資料數量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數據的能力。在數字設備中，帶寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數。在模擬設備儀器中，帶寬通常以每秒傳送周期或赫茲(Hz)來表示。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率范圍。

頻率響應簡稱頻響，在電子學上用來描述一臺儀器儀表、PLC等設備對于不同頻率的信號的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個非常重要的參數指標。

帶寬指標的測試方法如下，在輸入端加上一個頻率可調的正弦波模擬信號，輸出端可以穩(wěn)定跟隨輸入端信號的最大頻率范圍就是帶寬。工業(yè)信號隔離放大器帶寬指標的工程意義是什么呢？在應用當中我們如何理解“帶寬”呢?帶寬指標反映了隔離放大器對輸入信號變化的響應速度。帶寬越大，隔離放大器對信號變化的響應速度越快；帶寬越小，說明隔離放大器對輸入信號瞬間變化反應不敏感，在某些場合也就意味著抗干能力較強。

隔離放大器和隔離變送器的工作原理是首先將傳感器、儀器儀表、PLC等發(fā)送與接收的標準信號或溫度、位移、頻率、轉速等專用信號通過半導體器件進行調制，再由光感或磁感器件進行隔離轉換變送，然后進行解調還原成精度、線性度一致的原有信號或變換成其它信號，同時對隔離前后信號的工作電源進行隔離處理，以保證信號輸入、信號輸出與輔助電源即變換前后的信號、電源、地之間三隔離。模擬信號隔離放大器和隔離變送器屬于工業(yè)儀器儀表與傳感器分類中的一種器件，其主要功能是模擬量的隔離、放大、轉換及變送，因而就必然有信號帶寬和頻率響應這個基本的技術指標。

工業(yè)現(xiàn)場信號傳輸干擾處理參考方案（變頻器抗EMC干擾專用隔離放大器）：

工業(yè)現(xiàn)場有變頻控制設備、大功率電磁起動設備、GPS高頻信號無線收發(fā)裝置等存在EMC干擾源的系統(tǒng)，需要針對不同的干擾源及系統(tǒng)控制信號的特性來分析確定干擾信號處理解決方案。
1、傳感器輸出模擬信號上的干擾

在傳感器輸出端加裝ISO系列模擬信號隔離放大器可以有效解決模擬信號傳輸過程中的衰減和EMC干擾，增強顯示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。用于變頻器抗EMC干擾的模擬信號隔離放大器：ISO EM U-P-O-M系列，是在IC內部加裝輸入信號干擾抑制濾波電路和輸出干擾諧波吸收電路，增強抗EMC電磁干擾和高頻信號空間干擾功能。特別適用于現(xiàn)場有變頻控制設備、大功率電磁起動、GPS高頻信號無線收發(fā)裝置的場合。
2、高頻信號輻射的空間干擾
將各控制系統(tǒng)、設備分別加裝金屬屏蔽盒（不同頻率段使用的金屬成分不同)并將外殼可靠接地，信號通訊傳輸線路采用雙絞屏蔽電纜。
3、RS232/RS485的遠程通訊線路干擾
在RS232/RS485通訊接口上加裝DC-DC隔離模塊電源，將通訊供電電源與其它電源直接隔離開來。信號通訊傳輸線路也要采用雙絞屏蔽電纜(屏蔽層接地）。
4、系統(tǒng)供電電源電路中的干擾
現(xiàn)場有大電流晶閘管、變頻控制設備、大功率電磁起動裝置的，對電源系統(tǒng)的供電參數會產生畸變影響。通過電源電路，干擾信號會進入到現(xiàn)場的各個控制裝置。因此，首先要確定現(xiàn)場的各個裝置接地良好，各裝置的供電電源要加裝與其相匹配的電源濾波器（低通EMI濾波器或抑制電抗器）。

模擬信號隔離放大器隔離變送器的帶寬與頻響工業(yè)現(xiàn)場技術指標選型應用參考：

1、模擬信號在變化頻率緩慢（<50Hz）的場合（如測量溫度、壓力、位移、流量等），可選用帶寬較小、低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-M系列產品(M：表示低頻響)。 所以在變頻器控制系統(tǒng)中，為抑制和隔離EMC干擾，常選用：ISO EM U-P-O-M系列的隔離放大器。

2、模擬信號在變化頻率高（>2KHz）的場合（如測量轉速、調節(jié)高速電子開關、開關電源的PWM控制等），為保障采集數據的完整和可靠，常選用高帶寬、高低頻響的隔離放大器：ISO EM U(A)-P-O-H系列產品(H：表示高頻響)。

3、高頻與低頻響環(huán)境以外的大多數系統(tǒng)都選擇常規(guī)頻響（2K）產品：ISO EM A-P-O或ISO EM U-P-O系列。

4、對現(xiàn)場環(huán)境有強磁空間干擾（高頻電磁大電流負載）場合可選用光電隔離放大器：ISO U(A)-P-O-M系列。

信號隔離器/隔離放大器/隔離變送器IC外型尺寸及PCB布板尺寸參考（SIP12 Pin）

隔離放大器隔離變送器IC，ISO EM系列典型應用接線圖（ISO EM A-P-O / ISO EM U-P-O）

零點、增益可調節(jié)型隔離放大器IC，ISO EM-T系列典型應用接線圖（ISO EM A-P-O-T / ISO EM U-P-O-T）

輸入端隔離配電型隔離變送器IC：ISO EM-S系列典型應用接線圖（ISO EM A-P-O-S / ISO EM U-P-O-S）