數(shù)據(jù)采集器模擬電路自檢測技術的研究
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構和易發(fā)故障分析數(shù)據(jù)采集器是對多路模擬電壓信號進行測量、轉換的電子設備，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、可編程放大器(PGA)、共模抑制電路、低通濾波電路和A／D轉換等幾個部分。
其中可編程放大器容易出現(xiàn)的故障有零點漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時間和工作環(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)變化會導致濾波器頻率特性發(fā)生變化，同時在時域上也會對電路的建起時間產(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)的精度應及時對這些故障進行檢測。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輸入端注入。由于多故障情況較為復雜，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R1變化時，由于R1不處于分母位置，由上述公式計算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時，由上述公式計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。如果R2故障，那么在2倍增益時實際增益大于標準值2，在5倍增益時就會小于標準值；或者在2倍增益時實際增益小于標準值，在5倍增益時就會大于標準值。R3故障時，5倍和10倍增益時的實際增益與標準增益的大小關系相反。R1和R4故障時除1倍以外的增益均大于或小于標準值，但是R4故障時各檔增益相對誤差不等，而R1故障時相等。表1列出了對該PGA進行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點法計算獲得，端點選取為滿量程10％和90％的點。
根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的總體設計要求PGA的增益相對誤差不應超過0.2％，否則認為是故障狀態(tài)。表1中R1變化2％時．2，5，10倍增益的相對誤差變化達到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，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達到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，5倍增益的相對誤差達到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，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：電能質量分析儀 http://www.mqmlro.cn/
其中可編程放大器容易出現(xiàn)的故障有零點漂移、增益誤差、共模抑制比下降等。隨著時間和工作環(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)變化會導致濾波器頻率特性發(fā)生變化，同時在時域上也會對電路的建起時間產(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)的精度應及時對這些故障進行檢測。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輸入端注入。由于多故障情況較為復雜，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R1變化時，由于R1不處于分母位置，由上述公式計算可知2，5，10倍增益相對誤差相等。而R4變化時，由上述公式計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。如果R2故障，那么在2倍增益時實際增益大于標準值2，在5倍增益時就會小于標準值；或者在2倍增益時實際增益小于標準值，在5倍增益時就會大于標準值。R3故障時，5倍和10倍增益時的實際增益與標準增益的大小關系相反。R1和R4故障時除1倍以外的增益均大于或小于標準值，但是R4故障時各檔增益相對誤差不等，而R1故障時相等。表1列出了對該PGA進行PSpice仿真獲得的8組增益相對誤差。增益是采用端點法計算獲得，端點選取為滿量程10％和90％的點。
根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的總體設計要求PGA的增益相對誤差不應超過0.2％，否則認為是故障狀態(tài)。表1中R1變化2％時．2，5，10倍增益的相對誤差變化達到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，2，5，10倍增益的相對誤差絕對值達到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，5倍增益的相對誤差達到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，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：電能質量分析儀 http://www.mqmlro.cn/
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