[发明专利]一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法及隔离电路

权利要求书

1.一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法，其特征在于：将模拟信号作为调制信号，较高频的方波信号作为载波信号，利用高频变压器作为模拟乘法器，将模拟信号与方波信号通过模拟乘法器进行时域乘积得到调幅波，再利用同步解调方法对调幅波进行解调后再进行低通滤波以还原原来的模拟信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于变压器耦合的模拟信号隔离方法，其特征在于：首先模拟信号经幅值变换后的单极性信号和方波载波信号进入调制器内进行调制得到调幅波；调幅波再利用解调器进行同步解调，同步解调后的调幅波经低通滤波电路进行滤波，剩下与原始模拟信号频谱相似的低频信号，最后与原始模拟信号频谱相似的低频信号通过幅值变换还原原始的模拟信号。

3.基于权利要求1所述方法的基于变压器耦合的模拟信号隔离电路，其特征在于：包括有幅值变换电路、调制及同步解调滤波电路和幅值逆变换电路；

所述的幅值变换电路包括有传感器接口JP1、零位调节电路、仪器放大器U1、精密运算放大器U2、电位器RG及若干电容和电阻，所述的零位调节电路连接于传感器接口JP1的IN+引脚上，传感器接口JP1的IN+引脚与仪器放大器U1的同相输入端连接，传感器接口JP1的GND引脚与仪器放大器U1的反相输入端连接，仪器放大器U1的输出端与精密运算放大器U2的同相输入端连接，精密运算放大器U2的反相输入端通过电位器RG接地，精密运算放大器U2的输出端作为幅值变换电路的输出端输出幅值变换后的单极性信号Vin1；

所述的调制及同步解调滤波电路包括有反向保护二极管D1、自恢复保险丝F1、初级低通滤波电路、电阻R20、电阻R22、电容C11、电容C12、NPN三极管Q4、NPN三极管Q5、高频变压器T1、二极管D5、场效应管Q6、高频变压器T2、二极管D10、场效应管Q7和二级低通滤波电路，所述的反向保护二极管D1的正极与24V直流电源连接，反向保护二极管D1的正极与自恢复保险丝F1的一端连接，自恢复保险丝F1的另一端与初级低通滤波电路的输入端连接，电阻R20的一端、电阻R22的一端均与初级低通滤波电路的输出端连接，电阻R20的另一端与NPN三极管Q4的基极连接，电阻R22的另一端与NPN三极管Q5的基极连接，NPN三极管Q4的集电极通过电容C11与NPN三极管Q5的基极连接，NPN三极管Q5的集电极通过电容C12与NPN三极管Q4的基极连接，NPN三极管Q4的发射极和NPN三极管Q5的发射极均接地，NPN三极管Q4的集电极与高频变压器T1初级线圈的一端连接，NPN三极管Q5的集电极与高频变压器T1初级线圈的另一端连接，初级低通滤波电路输出端与高频变压器的T1初级线圈连接作为激励电源，高频变压器T1的次级产生三路相互隔离和独立的正负对称电源，高频变压器T1的第一路次级形成8V正负对称电源，高频变压器T1第二路次级形成14V正负对称电源，且第一路次级的正极与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与场效应管Q6的栅极连接，场效应管Q6的源极与第一路次级的负极连接，场效应管Q6的漏极与高频变压器T2的一端连接，高频变压器T2的另一端与幅值变换电路的输出端连接，高频变压器T2次级的一端与场效应管Q7的漏极连接，场效应管Q7的源极接地，场效应管Q7的栅极与二极管D10的负极连接，二极管D10的正极连接+14V电源，二级低通滤波电路是由电阻R12、电容C22、电容C23、电阻R26和电容C28组成，电容C28的一端与高频变压器T2次级的一端连接，电容C28的一端另一端通过电阻R26与高频变压器T2次级的另一端连接，电阻R12的一端、电容C22的一端均与高频变压器T2次级的另一端连接，电阻R12的另一端和电容C23的一端连接作为滤波电压输出端，电容C22的的另一端和电容C23的另一端接地；

所述的幅值逆变换电路选用电压幅值逆变换电路或电流幅值逆变换电路；电压幅值逆变换电路包括有运算放大器U3、插座P1、插座P2、电阻R7、电阻R24、电容C21、电阻R18、电阻R15、二极管D1、电容C17、电容C18和电阻R14，所述的插座P1的引脚3为滤波电压输入端、引脚1为接地端，所述的插座P1的引脚1为滤波电压输入端、引脚3为接地端，所述的插座P1的引脚2和3短接，插座P2的引脚2和3，插座P1的引脚2通过电阻R7与运算放大器U3的同相输入端连接，插座P2短接后的引脚2通过电阻R24与运算放大器U3的反相输入端，电容C21和电阻R18并联后一端与运算放大器U3的反相输入端连接、电容C21和电阻R18并联后的另一端、运算放大器U3的输出端、二极管D1的正极均与电阻R15的一端连接，二极管D1的负极连接+14V电源，电阻R14的一端、电容C17的一端均与电阻R15的另一端连接，电阻R14的另一端和电容C18的一端连接作为标准电压变送信号输出端，电容C17的另一端、电容C18的另一端均接地；

所述的电流幅值逆变换电路包括有运算放大器U3、插座P1、插座P2、插座P3、电阻R7、电阻R24、电容C21、电阻R18、电阻R15、二极管D1、电容C17、电容C18、电阻R8、电阻R25、电阻R17、二极管D2、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2和NPN三极管Q3,所述的插座P1的引脚3为滤波电压输入端、引脚1为接地端，所述的插座P1的引脚1为滤波电压输入端、引脚3为接地端，所述的插座P1的引脚2和1短接，插座P2的引脚2和1，插座P1的引脚2通过电阻R7与运算放大器U3的同相输入端连接，插座P2的引脚2通过电阻R24与运算放大器U3的反相输入端，电容C21和电阻R18并联后的一端与运算放大器U3的反相输入端连接，电容C21和电阻R18并联后的另一端、PNP三极管Q2的发射极均与插座P3的引脚2连接，运算放大器U3的输出端、二极管D1的正极、插座P3的引脚1均与电阻R15的一端连接，二极管D1的负极连接+14V电源，电容C17的一端、电容C18的一端、PNP三极管Q1的基极、PNP三极管Q2的集电极、二极管D2的负极、电阻R15的另一端连接作为电流变送信号输出端，电容C17的另一端和电容C18的另一端均接地，电阻R8的一端与运算放大器U3的同相输入端连接，电阻R8的另一端与+14V电源连接，电阻R25的一端与+14V电源连接，电阻R17的一端与+14V电源连接，电阻R25的另一端均与PNP三极管Q2的发射极连接，电阻R17的另一端、PNP三极管Q2的基极、PNP三极管Q1的发射极均与NPN三极管Q3的集电极连接，PNP三极管Q1的集电极与NPN三极管Q3的基极连接，NPN三极管Q3的集电极与二极管D2的正极连接。