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數(shù)據(jù)采集器模擬電路自檢測技術(shù)的研究
2013-03-08
數(shù)據(jù)采集器模擬部分自檢測原理 數(shù)據(jù)采集器模擬部分的結(jié)構(gòu)和易發(fā)故障分析數(shù)據(jù)采集器是對多路模擬電壓信號進(jìn)行測量、轉(zhuǎn)換的電子設(shè)備，是模擬、數(shù)字電路的混合產(chǎn)品。其模擬部分的基本組成可分為：多路開關(guān)、可編程放大器(PGA)、共模抑制電路、低通濾波電路和A／D轉(zhuǎn)換等幾個(gè)部分。
其中可編程放大器容易出現(xiàn)的故障有零點(diǎn)漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時(shí)間和工作環(huán)境的變化，電路元件自身的一些特性也會發(fā)生變化，可能導(dǎo)致上述故障的出現(xiàn)，而這些故障對數(shù)據(jù)采集器的測量精度會造成很大影響。濾波器的元件參數(shù)變化會導(dǎo)致濾波器頻率特性發(fā)生變化，同時(shí)在時(shí)域上也會對電路的建起時(shí)間產(chǎn)生不利的影響，從而影響了數(shù)據(jù)采集的精度。因此為了保證測量數(shù)據(jù)的精度應(yīng)及時(shí)對這些故障進(jìn)行檢測。下面對典型數(shù)據(jù)采集器中用到的PGA、共模抑制電路和低通濾波器進(jìn)行分析，按功能模塊提出了測量原理和測量方案。為了減少對被測電路的影響，測試向量在多路開關(guān)輸入端注入。由于多故障情況較為復(fù)雜，本文只討論單故障情形。圖2為典型的數(shù)據(jù)采集器模擬部分的原理圖。
當(dāng)R1變化時(shí)，由于R1不處于分母位置，由上述公式計(jì)算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時(shí)，由上述公式計(jì)算可知三檔增益相對誤差不等。由此，只要測量出PGA的四檔實(shí)際增益，根據(jù)各檔的增益誤差，就可以分析出是否有電阻出現(xiàn)故障，以及出現(xiàn)故障的電阻是哪個(gè)。如果R2故障，那么在2倍增益時(shí)實(shí)際增益大于標(biāo)準(zhǔn)值2，在5倍增益時(shí)就會小于標(biāo)準(zhǔn)值；或者在2倍增益時(shí)實(shí)際增益小于標(biāo)準(zhǔn)值，在5倍增益時(shí)就會大于標(biāo)準(zhǔn)值。R3故障時(shí)，5倍和10倍增益時(shí)的實(shí)際增益與標(biāo)準(zhǔn)增益的大小關(guān)系相反。R1和R4故障時(shí)除1倍以外的增益均大于或小于標(biāo)準(zhǔn)值，但是R4故障時(shí)各檔增益相對誤差不等，而R1故障時(shí)相等。表1列出了對該P(yáng)GA進(jìn)行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點(diǎn)法計(jì)算獲得，端點(diǎn)選取為滿量程10％和90％的點(diǎn)。
根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的總體設(shè)計(jì)要求PGA的增益相對誤差不應(yīng)超過0.2％，否則認(rèn)為是故障狀態(tài)。表1中R1變化2％時(shí)．2，5，10倍增益的相對誤差變化達(dá)到0.5％，不僅誤差的符號相同，且三檔增益相對誤差相等，這種情況可判斷為R1故障。R2變化2％時(shí)，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達(dá)到0.3％，2倍和5倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可判斷為R2故障。R3變化2％時(shí)，5倍增益的相對誤差達(dá)到0.4％，2，10倍增益的相對誤差為0.1％，5倍和10倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可以判斷為R3故障。R4變化2％時(shí)，2，5，10倍增益的相對誤差均超過0.2％，誤差的符號相反，但是誤差大小變化，這種情況可以判斷為R4故障。來源：電能質(zhì)量分析儀 http://rengken.cn/
其中可編程放大器容易出現(xiàn)的故障有零點(diǎn)漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時(shí)間和工作環(huán)境的變化，電路元件自身的一些特性也會發(fā)生變化，可能導(dǎo)致上述故障的出現(xiàn)，而這些故障對數(shù)據(jù)采集器的測量精度會造成很大影響。濾波器的元件參數(shù)變化會導(dǎo)致濾波器頻率特性發(fā)生變化，同時(shí)在時(shí)域上也會對電路的建起時(shí)間產(chǎn)生不利的影響，從而影響了數(shù)據(jù)采集的精度。因此為了保證測量數(shù)據(jù)的精度應(yīng)及時(shí)對這些故障進(jìn)行檢測。下面對典型數(shù)據(jù)采集器中用到的PGA、共模抑制電路和低通濾波器進(jìn)行分析，按功能模塊提出了測量原理和測量方案。為了減少對被測電路的影響，測試向量在多路開關(guān)輸入端注入。由于多故障情況較為復(fù)雜，本文只討論單故障情形。圖2為典型的數(shù)據(jù)采集器模擬部分的原理圖。
當(dāng)R1變化時(shí)，由于R1不處于分母位置，由上述公式計(jì)算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時(shí)，由上述公式計(jì)算可知三檔增益相對誤差不等。由此，只要測量出PGA的四檔實(shí)際增益，根據(jù)各檔的增益誤差，就可以分析出是否有電阻出現(xiàn)故障，以及出現(xiàn)故障的電阻是哪個(gè)。如果R2故障，那么在2倍增益時(shí)實(shí)際增益大于標(biāo)準(zhǔn)值2，在5倍增益時(shí)就會小于標(biāo)準(zhǔn)值；或者在2倍增益時(shí)實(shí)際增益小于標(biāo)準(zhǔn)值，在5倍增益時(shí)就會大于標(biāo)準(zhǔn)值。R3故障時(shí)，5倍和10倍增益時(shí)的實(shí)際增益與標(biāo)準(zhǔn)增益的大小關(guān)系相反。R1和R4故障時(shí)除1倍以外的增益均大于或小于標(biāo)準(zhǔn)值，但是R4故障時(shí)各檔增益相對誤差不等，而R1故障時(shí)相等。表1列出了對該P(yáng)GA進(jìn)行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點(diǎn)法計(jì)算獲得，端點(diǎn)選取為滿量程10％和90％的點(diǎn)。
根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的總體設(shè)計(jì)要求PGA的增益相對誤差不應(yīng)超過0.2％，否則認(rèn)為是故障狀態(tài)。表1中R1變化2％時(shí)．2，5，10倍增益的相對誤差變化達(dá)到0.5％，不僅誤差的符號相同，且三檔增益相對誤差相等，這種情況可判斷為R1故障。R2變化2％時(shí)，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達(dá)到0.3％，2倍和5倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可判斷為R2故障。R3變化2％時(shí)，5倍增益的相對誤差達(dá)到0.4％，2，10倍增益的相對誤差為0.1％，5倍和10倍增益的相對誤差符號相反，這種情況可以判斷為R3故障。R4變化2％時(shí)，2，5，10倍增益的相對誤差均超過0.2％，誤差的符號相反，但是誤差大小變化，這種情況可以判斷為R4故障。來源：電能質(zhì)量分析儀 http://rengken.cn/
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