[发明专利]信号采集系统的调相/调频光电隔离方法及其电路

说明书

本发明属于信号采集系统中的隔离放大技术领域。

众所周知，加有隔离的信号采集系统与非隔离采集系统相比，具有抗干扰能力强，精度高，安全等特点，在很多场合必须采用隔离方法将输入级与测量仪表隔离，例如以下情况均需采用隔离方法：

1、被测信号电压变化很大（如几仟伏）且不可予测时，用隔离手段保护测量设备;

2、在噪声很大的环境里使用，以抑制噪声;

3、在生物医学，特别是人体的电信号测量，如心电、脑电、肌电、眼电等生物医学仪器，按安全规定，必须使用隔离输入级，以避免（那怕是很小）漏电造成对人体脆弱器官的电击，对人造成伤害。

迄今为止，现在的隔离方式一般采用电磁隔离和光电耦合隔离两种方式。电磁隔离精度高，但价格昂贵，功耗大，还存在一定的高频电磁溅漏，用于多导（如几十到几百路）信号的采集时相互有干扰。光电隔离成本低，体积小，功耗小，但由于采用了光电转换，所以失真率比较大，精度低，体积小，功耗小，但由于采用了光电转换，所以失真率比较大，精度低，线性范围小，实际使用时要采用比较复杂的补偿技术，而且很难做到1%以下的失真率，调试也比较复杂。在多导信号采集中路与路之间的一致性很差，在经过补偿后，各路的频率响应，动态范围，都有较大差异。也不适合于多导信号的采集。

本发明的目的在于克服上述隔离方法的不足之处，设计出一种新型的光电隔离方法及采用该方法的实现电路，具有价格低，精度高，易于扩展，便于维护等优点，特别适合于多导信号的采集。

本发明所述的一种信号采集系统中的调相/调频光电隔离方法包括以下步骤：

（1）将一路以上需要进行处理的信号通过调制器进行相位/频率调制;

（2）将上述被调制的信号通过光电隔离器进行隔离;

（3）将隔离后的所说调制信号通过解调器解调再通过滤波器后恢复成原来的信号。

本发明所述的光电隔离方法由于先将信号进行相位或频率的调制，再进行光电隔离，由于光电转换的非线性对调相/调频信号影响不大，隔离前后信号的失真很小，因此，本发明即保留了已有的光电隔离所具有的成本低，体积小，功耗小的特点，又克服了精度低的不足之处，本发明无需采用补偿技术即实现高精度，并特别适合用于多导信号采集系统中。多路信号的隔离可以采用将每路信号按上述方法进行隔离，然后再组合成一体，也可以先将各路信号调整成不同的中心频率，再采用分频复用技术对各路信号进行频率调制，然后将含有多种频率的调制信号进行光电耦合隔离，用带通滤波器将隔离后的多种频率信号分开，再进行解调，滤波后恢复成原来的多路信号。

本发明采用上述方法设计出一种前置放大调相/调频光电隔离器，包括将需要处理的信号进行放大的前置放大器，对信号进行隔离的光电隔离器，其特征在于包括设置在所说的前置放大器与光电隔离器之间的对信号进行调相/调频的调制器，将经过光电隔离后的调相/调频信号进行解调的解调器，对解调后的信号进行滤波的滤波器。

本发明上述前置放大隔离器因其成本低，体积小，特别适合用于多导信号采集系统中，其简单的方式是将多路信号分别通过所述前置放大隔离器后再合成一体;另一种方式是在前置放大器后设置调整电路，将各路信号调整到不同的中心频率上，然后调整放大倍数使其达到合适的最大频偏，再经过调制器用分频方法对各路信号进行调制，被调制的信号通过光电器隔离器后再用带通滤波器将不同的被调制信号分开，然后通过解调器解调。采用上述方法的多导信号采集系统具有体积小，成本低，各路信号相互无干扰，精度高等优点。附图简要说明

图1为本发明电路原理图

图2为本发明实施例的前置放大和调整电路图

图3为频率调制电路

图4为解调电路

采用本发明方法的一种可用于多导系统的电器隔前置放大器结构如图1所示，由前置放大调整电路、频率/相位调制电路、光电隔离器，频率/相位解调电路，滤波电路所构成。上述电路可根据信源和系统应用对象的不同，设计出各种不同的具体实施方案，各部分电路可参考有关书籍，选择合适的实现电路。